Kalkalge passte sich im Labor an Ozeanversauerung an

10. April 2012, 13:36
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Experimente konnten erstmals beweisen, dass evolutionäre Anpassung an sinkende pH-Werte im Ozean möglich ist

Kohlendioxid-Emissionen sorgen neben den Auswirkungen auf das globale Klima auch für das "andere CO2 Problem": Ozeanversauerung. Kohlendioxid löst sich im Meerwasser und reagiert zu Kohlensäure, der pH-Wert sinkt. Aus zahlreichen Kurzzeit-Experimenten ist bekannt, dass viele kalkbildende Arten wie Korallen, Muscheln und Schnecken, aber auch mikroskopisch kleines Plankton von der Versauerung der Ozeane betroffen sind. Ob sich Organismen längerfristig durch evolutionäre Anpassung auf die Ozeanversauerung einstellen können, war bislang unklar. Nun aber konnten deutsche Forscher anhand der Kalkalge Emiliania huxleyi erstmals im Laborversuch nachweisen, dass eine evolutionäre Anpassung an die sinkenden pH-Werte im Ozean möglich ist. Grund zur Entwarnung sehen die Forscher aber noch nicht.

Die Ergebnisse der Wissenschafter des GEOMAR | Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel zeigen, dass sich die einzellige Kalkalge zumindest im Laborexperiment an zukünftige pH-Bedingungen anpassen und damit die negativen Konsequenzen der Ozeanversauerung teilweise abwenden kann. Ihre Ergebnisse stellen Kai Lohbeck, Ulf Riebesell und Thorsten Reusch in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Nature Geoscience" vor.

Für das Experiment isolierte Lohbeck im norwegischen Raunefjord neue Kulturen von Emiliania huxleyi. Im Klimaschrank wurden sie CO2-Bedingungen ausgesetzt, wie sie für das nächste Jahrhundert prognostiziert werden. Über den Zeitraum von einem Jahr, in dem der sich schnell reproduzierende Einzeller etwa 500 Generationen hervorbringt, bestimmten die Biologen regelmäßig Wachstums- und Kalkbildungsraten. Das Ergebnis: Im Vergleich zu den Kontroll-Kulturen, die unter heutigen CO2-Verhältnissen gehältert wurden, vermehrten sich die angepassten Kulturen unter den für die Zukunft prognostizierten Bedingungen deutlich besser.

Turbo-Evolution

Eine weitere wichtige Beobachtung war für die GEOMAR-Forscher die Anpassung bei der Kalkbildung. "Die kleinen Kalkplättchen, aus denen Emiliania huxleyi ihre schützende Hülle aufbaut, waren unter erhöhten CO2-Bedingungen zunächst dünner und leichter. Das hatten wir erwartet", beschreibt Lohbeck die Entwicklung. "Wir waren aber sehr überrascht, dass die Kalkbildungsrate sich bereits nach 500 Generationen wieder dem ursprünglichen Niveau annäherte."

Dabei erfolgte die evolutive Anpassung sowohl durch eine Sortierung bereits vorhandener Algen-Genotypen, als auch durch das Auftreten neuer vorteilhafter Mutationen. Eine solche Anpassung wurde bisher noch nicht beobachtet, erklärt der Kieler Evolutionsökologe Thorsten Reusch. "Mit dieser Untersuchung wurde erstmals nachgewiesen, dass Evolutionsprozesse unter bestimmten Voraussetzungen der fortschreitenden Ozeanversauerung entgegenwirken können. Damit konnten wir auch zeigen, dass Evolutionsprozesse so schnell ablaufen können, dass diese in Zukunft unbedingt bei biologischen Prognosen der Auswirkungen des globalen Wandels berücksichtigt werden müssen".

Keine Entwarnung

Anlass zur Entwarnung gibt es deshalb allerdings nicht. Das Potenzial zur evolutionären Anpassung ist bekanntermaßen am größten bei Arten mit hohen Populationsdichten und kurzen Generationszeiten. Beides trifft auf Emiliania zu - ein Grund, warum die Kieler Forscher diese Art für ihre Untersuchungen gewählt haben. Langlebige Arten und solche mit geringer Zahl an Nachkommen pro Generation weisen in der Regel ein weit geringeres Anpassungsvermögen auf. "Die Grenzen der evolutionären Anpassung werden bei einem Blick in die Erdgeschichte deutlich", erläutert Ulf Riebesell. "Vergleichbare Veränderungen der Umweltbedingungen wie die aktuelle Ozeanversauerung haben in der Vergangenheit wiederholt zu Massenaussterben geführt, und dies obwohl die Veränderungen damals zehn bis hundert Mal langsamer abliefen als heute."

Offen bleibt auch die Frage, ob die im Labor gezeigte evolutionäre Anpassung an Ozeanversauerung auch auf natürliche Bedingungen übertragbar ist, wo eine Vielzahl an Umweltfaktoren und ökologische Wechselwirkungen auftreten. "Wie sich Emiliania in ihrem natürlichen Umfeld bei Ozeanversauerung entwickelt, wollen wir möglichst bald in Feldstudien untersuchen", ergänzt Kai Lohbeck. So sind im Rahmen des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) geförderten Verbundprojekts BIOACID (Biological Impacts of Ocean ACIDification) für 2013 Experimente mit den Kieler Mesokosmen im Skagerrak geplant. (red, derstandard.at, 10.4.2012)

  • Emiliania huxleyi-Zellen und vereinzelte Schalen von Coccolithen-Kalkalgen in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme.
    foto: kai lohbeck, geomar

    Emiliania huxleyi-Zellen und vereinzelte Schalen von Coccolithen-Kalkalgen in einer elektronenmikroskopischen Aufnahme.

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