Studie: Ozeanversauerung verändert die interne Chemie von Phytoplankton

Eine in Nature Geoscience veröffentlichte Studie hat ergeben, dass das in die Atmosphäre gepumpte Kohlendioxid die interne Chemie von Phytoplankton verändert – der mikroskopisch kleinen photosynthetischen Organismen, die die Basis mariner Nahrungsnetze bilden und etwa die Hälfte des Sauerstoffs auf der Erde produzieren. Ein Team unter Leitung des Yellow Sea Fisheries Research Institute und des Harbin Institute of Technology in China züchtete im Labor eine Kieselalgenart namens Thalassiosira pseudonana. Laut Phys.org setzten die Forschenden die Kieselalgen hohem Kohlendioxid und niedrigem Phosphat aus, um zu sehen, wie sie reagieren würden.

Das Team kultivierte die Kieselalgen 880 Tage lang, über mehr als 1.000 Generationen hinweg, und testete sie in vier Versuchsanordnungen: einer Kontrollgruppe, die aktuelle Ozeanbedingungen nachahmte, einer Umgebung mit niedrigem Phosphat, einer Umgebung mit hohem Kohlendioxid und einer kombinierten Umgebung mit sowohl hohem Kohlendioxid als auch niedrigem Phosphat. Das Team überwachte die Zellen im Verlauf des Experiments und erstellte Profile der Veränderungen bei Wachstum, Genexpression und interner Chemie. Um zu testen, ob Veränderungen vererbt oder vorübergehende Stressreaktionen waren, setzten sie Kieselalgen, die sich unter hohem Kohlendioxid entwickelt hatten, nach 1.000 Generationen wieder normalen Kohlendioxidwerten aus.

Wenn die Kohlendioxidwerte hoch waren, wuchsen die Kieselalgen schneller und behielten höhere Photosyntheseraten bei, selbst wenn sie wieder normalen Kohlendioxidwerten ausgesetzt wurden, was nach Angaben der Studienautorinnen und -autoren darauf hindeutet, dass die Veränderungen vererbt worden waren und nicht bloß vorübergehende Reaktionen auf ihre Umgebung darstellten. Unter phosphorarmen Bedingungen enthielten Kieselalgen, die hohen Kohlendioxidwerten ausgesetzt waren, im Laufe der Zeit etwa 26 % weniger organischen Phosphor im Verhältnis zum Kohlenstoff. Dieser Rückgang des Phosphorgehalts kehrte sich um, wenn sich die Kohlendioxidwerte änderten, was bedeutet, dass die interne Phosphorverteilung flexibel bleibt und nicht dauerhaft festgelegt ist.

Um damit zurechtzukommen, leerten die Zellen ihre Phosphor-Reservespeicher und wechselten zu phosphorfreien Membranlipiden, wodurch sie mit einem schlankeren Phosphorbudget weiter wachsen konnten. „In der Folge wird die Kohlenstoffakkumulation zunehmend von der Phosphorspeicherung entkoppelt“, schrieben die Forschenden.

Die Forschenden verglichen ihre Ergebnisse außerdem mit Wildplanktonproben und Experimenten mit natürlichen küstennahen Planktongemeinschaften, analysierten globale Genexpressionsdaten und nutzten Erdsystemmodelle, um globale Veränderungen bis 2100 vorherzusagen. Natürliche küstennahe Planktongemeinschaften spiegelten die Laborergebnisse wider, insbesondere dort, wo Phosphat knapp war. Die Forschenden merkten jedoch an, dass „die Richtung der mit OA [Ozeanversauerung] verbundenen Veränderungen im P-Stoffwechsel wahrscheinlich nicht über alle Taxa hinweg universell ist“.

Die Ergebnisse legen nahe, dass Phytoplankton, während die Ozeane saurer werden, weiter wachsen könnte, dabei aber weniger Phosphor nutzt, was möglicherweise das Gleichgewicht der Nährstoffe in marinen Ökosystemen verändert. Phys.org berichtete, dass unklar ist, was diese Veränderungen genau für das marine Leben bedeuten werden.