Evolutionäre Anpassung: Eine Alge trotzt dem Klimawandel

27. September 2014, 20:07
8 Postings

Die wichtigste einzellige Kalkalge der Weltmeere ist in der Lage, sich gleichzeitig an steigende Wassertemperaturen und Versauerung des Ozeans anzupassen

Kiel - Anpassung ist die halbe Miete - zumindest evolutionär gesprochen. Veränderungen in natürlichen Habitaten, etwa infolge des Klimawandels, stellen viele Organismen vor große Probleme. Wie Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel nun herausfanden, verfügt die Kalkalge Emiliania huxleyi über eine bemerkenswerte Fähigkeit: Sie kann sich gleichzeitig an Ozeanversauerung und steigende Wassertemperaturen anpassen.

Mit ihrer Studie in "Nature Climate Change" konnten die Wissenschafter die verbreitete Annahme wiederlegen, evolutionäre Anpassungen an diese beiden Aspekte des Klimawandels würden sich gegenseitig behindern.

Produktive Anpassung

Emiliania huxleyi ist eine Schlüsselspezies im maritimen Ökosystem. Kalkalgen wie diese Art halten einen Anteil von fast 50 Prozent an der biologischen Kohlenstoffpumpe der Meere und leisten ein Drittel der meeresgebundenen Produktion von Calciumcarbonat. Die Auswirkungen des Klimawandels auf dieses System ist also von großer Bedeutung.

Basis der Langzeituntersuchung war eine einzelne Zelle von Emiliania huxleyi aus dem Raunefjord in Norwegen. Da sich diese Alge im Labor etwa einmal am Tag durch Teilung vermehrt, konnten aus dem Isolat zahlreiche genetisch zunächst idente Kulturen gewonnen werden. Für die Studie wurden jeweils fünf Kulturen unter Kontrollbedingungen (15 Grad Celsius) und bei erhöhter Wassertemperatur (26 Grad Celsius) gehalten und einem von drei unterschiedlichen Konzentrationen an Kohlendioxid (CO2) ausgesetzt: einem Kontrollwert mit heutigen Verhältnissen, den Bedingungen, die nach den kritischsten Berechnungen des Weltklimarats gegen Ende dieses Jahrhunderts erreicht werden könnten, und dem höchstmöglichen Grad an Versauerung.

Nach einem Jahr und etwa 460 Algen-Generationen prüften die Forscher, wie die angepassten im Vergleich zu den Kontroll-Populationen innerhalb eines Zeitraums von fünf Tagen auf die hohe Temperatur reagierten. Das Ergebnis: Angepasste Populationen wuchsen unter 26 Grad Celsius deutlich schneller als die nicht-angepassten – unabhängig vom Kohlendioxid-Gehalt im Wasser. Teilweise produzierten die angepassten Kulturen unter den hohen Temperaturen sogar mehr neue Biomasse und etwa doppelt so viele Kalkplättchen als die Kontrollgruppe.

Nützliche Mutationen

In einem Teilexperiment kamen die Forscher zu dem überraschenden Ergebnis, dass sich die Kulturen, die ein Jahr lang gleichzeitig dem höchsten CO2-Wert und den höchsten Temperaturen ausgesetzt waren, am schnellsten auf erneut höhere Temperaturen einstellten. "Über mehrere hundert Generationen hinweg haben sich offenbar jene neuen Mutationen durchgesetzt, welche gleichzeitig Vorteile unter Ozeanversauerung und Erwärmung vermittelt haben", folgert Lothar Schlüter, Erstautor der Studie.

Einzellige Kalkalgen wie Emiliania huxleyi spielen eine wichtige Rolle für den Transport von Kohlenstoff in den tiefen Ozean. Daher erfassten die Forscher nach der Anpassungsphase auch das Verhältnis von anorganischen Kalkplättchen zu organischem Kohlenstoff in den Zellen: Es deckte sich fast mit dem der Kontroll-Population unter heutigen Ozeanbedingungen.

Funktion bleibt erhalten

"Das bedeutet, dass die per Evolution angepassten Kalkalgen weiterhin den selben Ballast-Effekt erzielen wie die ursprünglichen isolierten Kulturen unter den heutigen Bedingungen: Sie transportieren also nach ihrem Absterben oder in Kotballen Kohlenstoff in den tiefen Ozean, wo dieser langfristig gespeichert wird". Die Funktion des Ozeans als Kohlenstoff-Senke, welche die Folgen des Klimawandels abmildert, würde somit erhalten bleiben.

Die Labor-Ergebnisse werden jetzt in biogeochemische Modelle einbezogen, um die Produktivität des Ozeans der Zukunft und Grenzen der Kohlenstoff-Speicherung zu errechnen. (red, derStandard.at, 27.9.2014)

  • Drei Zellen der einzelligen Kalkalge Emiliania huxleyi.
    foto: kai t. lohbeck, geomar

    Drei Zellen der einzelligen Kalkalge Emiliania huxleyi.

Share if you care.