Labo Online - Analytic, Labortechnik, Life Sciences
Home> Life Sciences> Zell- und Mikrobiologie>

Kieselalgen verteilen Nährstoffe und Spurenelemente in allen Meeren

Diatomeen-ForschungKleine Wesen, große Wirkung

Kieselalgen sind zwar winzig klein. Sie prägen jedoch die Verteilung von Nährstoffen und Spurenelementen in allen Weltmeeren. Das zeigen Forschende in einer Studie auf, die in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen ist.

sep
sep
sep
sep
Diatomeen

Diatomeen sind weit verbreitet, sie leben in Bächen, Flüssen und Seen, aber auch im Salzwasser der Weltmeere. Besonders dominant treten diese auch als Kieselalgen bezeichneten Einzeller im Südlichen Ozean rund um die Antarktis auf. Sind genügend Licht und Nährstoffe vorhanden, können sich die Kieselalgen dort explosionsartig vermehren. Eine Algenblüte ist die Folge.

Während ihrer rasanten Entwicklung entziehen die Kieselalgen der obersten Wasserschicht große Mengen von Spurenelementen und Nährstoffen, vor allem Silicium für den Bau ihrer Schalen und Zink als Bestandteil von wichtigen Enzymen. Die starke Nährstoff-Verarmung aufgrund der Algenblüte macht sich in der obersten Wasserschicht deutlich bemerkbar – und beeinflusst die Ozeanchemie in weiten Teilen der Weltmeere, wie ein Team von Forschenden um Derek Vance, Professor für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich in einer „Nature Geoscience“-Publikation aufzeigen.

Anzeige

Kieselalgen zehren Nährstoffe auf
Die Forscher können die Kieselalgen-Massenvermehrung an Tiefenprofilen der Zink- und Silicium-Konzentration im Wasser verschiedener Meere ablesen: Die Profile sind für die beiden Elemente identisch, mit einer deutlichen Verringerung im obersten Kilometer der Wassersäule. Die Forscher deuten dies als Kombination der biologischen Aktivität der Kieselalgen, welche die oberste Wasserschicht rund um die Antarktis um ihre Nährstoffe bringt, und dem Transport dieser an Nährstoffen verarmten Wassermassen durch vorherrschende Strömungen in andere Ozeane.

Akademik Treshnikov

Die von Nährstoffen entleerte oberste Wasserschicht fließt oberflächlich in Richtung Äquator. Zwischen dem 45. und 50. Breitengrad sinkt sie unter eine wärmere Oberflächenschicht ab. Diese mittlere Wasserschicht reicht weit in nördlichere Ozeane hinein und mischt sich nicht vollständig mit anderen Schichten. Sie bleibt daher nährstoffarm.

Nicht alle Oberflächenwasser rund um die Antarktis fließen zum Äquator hin. Nahe am antarktischen Kontinent bildet sich Meereis, sodass das Oberflächenwasser sehr salzig und dicht wird. Dieses dichte Wasser sinkt in die Tiefe. Zudem endet die Algenblüte ziemlich abrupt, sobald die Nährstoffe aufgebraucht sind. Die Kieselalgen sinken nach ihrem massenhaften Absterben ebenfalls in den tiefen Ozean. Während sie absinken, werden die Zellen teilweise von kleinen Meerestierchen aufgenommen und in deren Kot ausgeschieden.

In den Tiefen des Meeres zersetzen sich schließlich die Zellen, Zink und Silicium gelangen zurück ins Meerwasser, 5000 m unter der Oberfläche. In dieser Tiefe bleiben die beiden Spurenelemente gefangen und reichern sich an.

Kieselalgen

Das Tiefenwasser strömt schließlich in einer weiten Schlaufe in Richtung Äquator und zurück in Richtung Antarktis, wo es auftreibt und damit die angereicherten Nährstoffe an die Licht durchflutete Wasseroberfläche befördert. Der Vermehrungszyklus der Kieselalgen kann von Neuem beginnen.

Widerspruch geklärt
Mit ihrem Ansatz, den Lebenszyklus der Kieselalgen mit den vorherrschenden Meeresströmungen des Südlichen Ozeans zu kombinieren, lösen die Forscher um Vance auch das Paradoxon, dass sich die Tiefenprofile von Silicium und Zink decken, obwohl die beiden Stoffe in verschiedenen Teilen der Zellen verwendet werden.

Zink wird für Enzyme im organischen Teil der Zelle benötigt, Silicium bildet die anorganische Schale. Zu erwarten wäre, dass sich der organische Teil der Kieselalge nahe der Wasseroberfläche zersetzt, die anorganische Schale in tieferen Wasserschichten. Dies würde zu unterschiedlichen Verteilprofilen führen – was aber nicht beobachtet wird. Die Forscher erklären sich dies deshalb damit, dass die Zersetzung der abgestorbenen Zellen nicht im Oberflächenwasser stattfindet, sondern erst in einer mittleren Tiefe, wohin die abgestorbenen Algenzellen absinken. Dort zersetzen sich sowohl die organischen wie die anorgischen Teile, und die beiden Spurenelemente werden in derselben Wassermasse freigesetzt.

Beiläufige Zinkaufnahme?
Weshalb Kieselalgen verhältnismäßig viel Zink aufnehmen, obwohl ihr Bedarf an sich klein ist, ist laut dem ETH-Professor noch unbekannt. Eine mögliche Erklärung: Die Organismen besitzen Transportproteine, welche lebensnotwendiges Eisen in die Zelle befördern. Eisen ist im Meerwasser allerdings Mangelware. „Um möglichst viel Eisen aufzunehmen, sind diese Transportproteine möglicherweise hyperaktiv. Als Nebeneffekt nehmen sie zusätzlich unspezifisch zweifach positiv geladene Metall-Ionen auf, darunter auch Zink“, erklärt Vance.

Auf Expedition Kieselalgen sammeln
Um diese Hypothese zu testen, nehmen ein Doktorand und zwei Postdoktoranden von Vance an der aktuellen Schweizer Forschungsexpedition rund um die Antarktis (Antarctic Circumpolar Expedition) teil. Sie sammeln Meerwasserproben, züchten die darin enthaltenen Kieselalgen unter verschiedenen Nährstoffgaben im Labor an Bord. Ein Teil der Kieselalgen erhält beispielsweise Eisen als Dünger.

Damit wollen die Forscher herausfinden, welchen Effekt dieses Spurenelement auf das Zellwachstum hat. Die chemische Analyse der Schale und der Zellen findet erst nach Abschluss der Expedition an der ETH Zürich statt, denn um die extrem kleinen Mengen an Spurenelementen in den Kieselalgenschalen messen zu können, ist ein spezielles Massenspektrometer nötig.

Zu wissen, wie Kieselalgen die Stoffkreisläufe in den Weltmeeren prägen, ist wichtig, um mögliche Folgen des Klimawandels einschätzen zu können. „Steigt aufgrund der globalen Erwärmung die Temperatur oder sinkt der Salzgehalt des Meerwassers, könnten sich auch die Meeresströmungen und damit die Verteilung von Spurenelementen und Nährstoffen ändern, was wiederum Kieselalgen und ihre biologische Aktivität betrifft“, betont Vance.

Literaturhinweis:
Vance D, Little SH, de Souza G, Khatiwala S, Lohan MC, Middag R. Silicon and zinc biogeochemical cycles coupled through the Southern Ocean. Nature Geoscience Advance Online Publication 06 February 2017. DOI: 10.1038/ngeo2890.

Peter Rüegg, ETH Zürich

Anzeige
Diesen Artikel …
sep
sep
sep
sep
sep

Weitere Beiträge zum Thema

Den Tiefenströmungen der Ozeane auf der Spur: Metallfreie Forschungsumgebung

Den Tiefenströmungen der Ozeane auf der SpurMetallfreie Forschungsumgebung

Für die Probenaufbereitung zur Spurenelementanalytik von Meerwasser- und Sedimentproben verfügen die Wissenschaftler an der Universität Oldenburg seit 2015 über einen vollkommen metallfreien Spezialraum mit Reinraumbedingungen.

…mehr
Mikroalgen

PolarforschungDrei neue Kieselalgenarten entdeckt

Rostocker Forscher haben auf einer Expedition drei neue Arten von Kieselalgen entdeckt. Der Fund erfolgte eher zufällig. Innerhalb ihres DFG-Forschungsprojektes stellten die Wissenschaftler in der Arktis fest, dass viele Algen noch unbekannt sind.

…mehr
Die Vielfalt der Viren in Ozeanen ist dreimal höher als bislang bekannt. Copyright: Kenneth Wasmund

Vielfalt der Viren in Ozeanen höher als...Wechselwirkung von Viren und Mikroorganismen entscheidend für Ökosystem

Ein internationales Forscherteam liefert einen wichtigen Beitrag zur Katalogisierung der genetischen Vielfalt der Viren in den Weltmeeren.

…mehr

BioenergieBundesministerium fördert deutsch-chinesisches Forschungslabor

Das BMBF fördert den Aufbau eines deutsch-chinesischen Forschungslabors für Algen-Bioenergie in China, denn: Algen könnten der Schlüssel zur Energiegewinnung der Zukunft sein. Noch sind sie aber nicht effizient genug.

…mehr
Forschungsverbund für Mikroalgen: Biofarbstoffe und Proteine im Industriemaßstab herstellen

Forschungsverbund für MikroalgenBiofarbstoffe und Proteine im Industriemaßstab herstellen

Künftig sind die Kompetenzen auf dem Gebiet der Mikroalgenforschung in einem neuen Forschungsverbund unter Mitwirkung des Max-Planck-Instituts Magdeburg vereint. Ziel ist es, Biofarbstoffe und Proteine aus Mikroalgen-Biomasse industriell herstellen zu können.

…mehr
Anzeige

Bildergalerien bei LABO online

Anzeige

Jetzt den LABO Newsletter abonnieren

LABO Newsletter abonnieren

Der kostenlose LABO Newsletter informiert Sie wöchentlich über neue Produkte, Lösungen, Technologietrends und Innovationen aus der Branche sowie Unternehmensnachrichten und Personalmeldungen.

Anzeige
Anzeige

Mediaberatung