Wissenschaftler haben gezeigt, dass die Partnerschaft zwischen Algen und Bakterien Stickstoff im arktischen Ozean neu verfügbar macht. Der mikrobielle Prozess der „Stickstofffixierung“ wandelt das Element in eine Form um, die Organismen verwenden können, und wurde kürzlich in den kalten polaren Gewässern entdeckt. Dies könnte eine Folge des Klimawandels sein und sich auf globale chemische Zyklen auswirken, heisst es in der veröffentlichten Studie.

Das Packeis im Arktischen Ozean ist ein echter Lebensraum für eine Vielzahl von Tieren und Algen. An der Basis steht immer das pflanzliche Plankton, dessen Wachstum von vor allem von Nährstoffen abhängig ist. Bild: Michael Wenger
Das Packeis im Arktischen Ozean ist ein echter Lebensraum für eine Vielzahl von Tieren und Algen. An der Basis steht immer das pflanzliche Plankton, dessen Wachstum von vor allem von Nährstoffen abhängig ist. Bild: Michael Wenger

Ohne eine Stickstoffquelle war das Phytoplankton in der Arktis schon immer in der Kohlenstoffmenge begrenzt, die sie aus dem oberen Ozean und der Atmosphäre aufnehmen können. Die neue Stickstoffquelle von Cyanobakterien könnte das arktische Phytoplankton produktiver machen und letztendlich den Kohlenstoffgehalt in der Atmosphäre senken. "Es war schockierend, diesen Prozess in der Arktis zu finden", sagte Deborah Bronk, eine der Autoren der Studie und Präsident und CEO des Bigelow Laboratory for Ocean Sciences. „Wir dachten, dass die Stickstofffixierung nur in tropischen und subtropischen Gewässern vorkommt. Diese Feststellung kann grosse Auswirkungen auf die chemischen Zyklen und das Klima der Meere haben. “

Die Alge Melosira arctica ist die am häufigsten vorkommende Algenart am Packeisrand. Eigentlich eine einzellige Alge, kann sie sich zu ganzen Vorhängen unter dem Eis zusammensetzen. Bild: Julian Gutt, AWI
Die Alge Melosira arctica ist die am häufigsten vorkommende Algenart am Packeisrand. Eigentlich eine einzellige Alge, kann sie sich zu ganzen Vorhängen unter dem Eis zusammensetzen. Bild: Julian Gutt, AWI

So wie Gartenblumen und andere Landpflanzen Stickstoff zum Wachsen benötigen, ist das Element auch für mikroskopisch kleine Meerespflanzen, Phytoplankton, unerlässlich. Der grösste Teil des Stickstoffs im Meer hat jedoch die Form eines Gases, das die meisten Organismen, einschliesslich der Menschen, nicht verwenden können. Nur wenige Arten von Mikroorganismen können diese Aufgabe übernehmen. Wissenschaftler haben lange geglaubt, dass das hauptsächliche stickstoffbindende Phytoplankton im Ozean nur in warmen Gewässern lebte und dass im arktischen Ozean im Wesentlichen keine Stickstoffbindung vorhanden war. Im Jahr 2017 veröffentlichten Bronk und seine Kollegen einen Artikel, der enthüllte, dass die Stickstofffixierung tatsächlich im arktischen Ozean stattfand. Sie wussten jedoch noch nicht, welcher Organismus für den Prozess verantwortlich war. Sie waren überrascht, als Quelle UCYN-A entdeckt zu haben, eine einzellige Cyanobakterien, die in Symbiose mit einer Alge lebt und normalerweise in warmem Wasser gedeiht. "Diese Studie hat unter anderem gezeigt, dass unsere vorgefassten Ideen uns daran hindern, nach Dingen zu suchen, die wir nicht erwarten würden", sagte Bronk. "Je mehr wir über das Meer lernen, desto mehr sehen wir, dass Organismen unglaublich plastisch sind, was sie können und wo sie leben können."

Die Nahrungskette in der Arktis ist sehr komplex und sensibel. Äussere Störungen wie beispielsweise die Anreicherung von Nährstoffen oder Süsswasser können gravierende Folgen auf die darüberliegenden Stufen haben. Bild: Wikipedia
Die Nahrungskette in der Arktis ist sehr komplex und sensibel. Äussere Störungen wie beispielsweise die Anreicherung von Nährstoffen oder Süsswasser können gravierende Folgen auf die darüberliegenden Stufen haben. Bild: Wikipedia

Während sich das arktische Meer erwärmt und sein Meereis schmilzt, verlängert sich die Vegetationsperiode für Phytoplankton. Das Forschungsteam geht davon aus, dass UCYN-A zwar schon länger in der Arktis existiert, die wärmeren Bedingungen des Klimawandels das Bakterium jedoch dazu veranlasst haben, Stickstoff zu fixieren. Sie glauben auch, dass diese Verschiebung der UCYN-A-Aktivität das globale Klima beeinflussen könnte. Wenn Phytoplankton wächst, entfernen sie Kohlenstoff aus dem Ozean und letztendlich aus der Atmosphäre. Dafür benötigen sie jedoch Stickstoff, den UCYN-A in zunehmendem Masse bereitstellen kann. Die Forscher schätzen, dass Arctic UCYN-A derzeit etwa zwei Prozent der weltweiten Stickstoffbindung ausmacht. Die weitere Untersuchung dieses Prozesses und die Einbindung in globale biogeochemische Modelle wird die Klimavorhersagen und das Verständnis wichtiger Ozeanzyklen verbessern. Die Forscher glauben, dass dieser Anstieg des verfügbaren arktischen Stickstoffs die biogeochemischen Kreisläufe im Nordatlantik beeinflussen und zu weiteren Verschiebungen der Ozeane führen könnte. "Nur aufgrund früherer Forschungen konnten wir feststellen, dass dieser Prozess neu ist", sagte Bronk. „Diese Studie unterstreicht die Tatsache, dass es manchmal von grosser Bedeutung ist, einen von uns gesuchten Prozess nicht zu finden. Wir müssen Daten aufbewahren und sie den Menschen zur Verfügung stellen, damit wir wirklich lernen können, wie sich der Ozean verändert. “

Quelle: Bigelow Laboratory for Ocean Sciences