Während in den Ozeanen große Quallen, meterlange Wale und überraschend riesige Krabben leben, ist der wohl wichtigste Meeresbewohner mikroskopisch klein.
Das nur 0,5 Mikrometer messende Phytoplankton-Bakterium Prochlorococcus – das früher auch zu den Blaualgen gezählt wurde – bindet durch Photosynthese riesige Mengen an CO2.
In einem einzigen Wassertropfen können bis zu 200.000 der winzigen Cyanobakterien enthalten sein. Die Prochlorococcus-Zellen teilen sich im Durchschnitt einmal täglich. Da Abermillionen von ihnen existieren, dämpfen sie den Treibhauseffekt kontinuierlich ab und produzieren ein Viertel des globalen und sogar die Hälfte des maritimen Sauerstoffs.
Der Grund, dass der blaue Ozean trotzdem nicht von einer grünlichen Algenmasse bedeckt ist: Prochlorococcus, der kleinste existierende Plankton-Organismus, steht am Beginn der maritimen Nahrungskette.
Wie Meeresbiologin Miriam Seifert vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven erläutert, sind deshalb "sämtliche Organismen bis hin zu Fischen und Meeressäugern" von diesem pflanzlichen Plankton abhängig.
Wendepunkt für Blaualgen
Doch die Prochlorococcus-Population könnte bei fortschreitender Erderhitzung – je nach Klimaszenario und daraus resultierender Meerestemperatur – um ein Fünftel bis zur Hälfte einbrechen. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie im Journal Nature Microbiology, vorgelegt von Wissenschaftler:innen der University of Washington und weiterer US-Universitäten.
Zwischen 2010 und 2023 sammelten die Forschenden Planktonproben und untersuchten, wie sich deren Zellteilungsraten bei steigenden Wassertemperaturen entwickeln. Es zeigte sich, dass die winzigen Blaualgen wesentlich sensibler auf die voranschreitende globale Erwärmung reagieren als bisher angenommen.
"Globale Ozeanmodelle nehmen üblicherweise einen ausschließlich positiven Effekt von Erwärmung auf das Wachstum dieser einzelligen Algen an", erklärt Miriam Seifert. Und auch Prochlorococcus vermehrte sich bei steigenden Meerestemperaturen bislang immer stärker.
Doch ab circa 28 Grad Celsius sinken seine Teilungsraten rapide ab, stellten die Studienautor:innen fest. Bei 30 Grad – wie sie an der Meeresoberfläche in den Tropen bereits vorkommen – waren die Zellzahlen bereits um etwa das Doppelte eingebrochen.
Wird Prochlorococcus bald ersetzt?
Doch welche Auswirkungen wird ein Rückgang der Prochlorococcus-Bestände auf das maritime Ökosystem haben? Über diese Frage herrscht noch Uneinigkeit in der wissenschaftlichen Community.
Denn es existieren "Gegenmechanismen", die den Effekt dieses "Blaualgensterbens" auf die Weltmeere abdämpfen könnten. Prochlorococcus könnte beispielsweise wärmeresistenter werden oder sich in kühlere Meeresregionen näher am Nord- oder Südpol zurückziehen.
Eine weitere Hoffnung: Die zweitkleinste Planktonart Synechococcus könnte den Einbruch der Prochlorococcus-Population im Pazifik abfedern. Denn anders als bei Prochlorococcus nimmt die Zellteilungsrate von Synechococcus auch bei Temperaturen jenseits von 28 Grad zu.
Allerdings ist es wenig wahrscheinlich, dass diese "Gegenmechanismen" den negativen Effekt des Prochlorococcus-Rückgangs auf die maritimen Nahrungsketten komplett aufheben.
Zum einen können die Prochlorococcus-Algen sich höchstwahrscheinlich nicht stark an die erhöhten Temperaturen anpassen. Trotz der Ausweitung in polare Regionen dürfte ihr Bestand zurückgehen, wie die Autor:innen der Studie erläutern.
"Dass Synechococcus die Rolle von Prochlorococcus tatsächlich übernehmen kann, finde ich zudem persönlich zweifelhaft", kommentiert Bernhard Fuchs vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen. Für ihn legen Vor-Ort-Beobachtungen nahe, dass auch diese Algenart eher kühlere Gewässer bevorzugt.
Doch selbst wenn eine Substitution von Prochlorococcus durch Synechococcus möglich ist, würde dies die negativen Folgen für das maritime Ökosystem nicht verhindern.
"Jede Änderung an der Basis des Nahrungsnetzes, wie zum Beispiel das verminderte Wachstum von Prochlorococcus, kann auch eine Kaskade an Änderungen in den höheren Niveaus im Nahrungsnetz bedingen", betont Gerhard Herndl von der Universität Wien.
Unsichere Vorhersagen
Das Ersetzen eines Organismus durch einen anderen habe zudem stets negative Folgen für die Biodiversität und damit für die Widerstandskraft des Ökosystems gegenüber Belastungen wie Ozeanversauerung und Verschmutzung, ergänzt Meeresforscherin Miriam Seifert.
Zudem würde eine verstärkte Synechococcus-Population das Blaualgensterben vermutlich nicht verhindern, sondern lediglich verzögern. Schließlich könnte auch diese temperaturresistentere Alge irgendwann ihren Wendepunkt erreichen.
Dieser Einbruch könnte dann langfristig massive Auswirkungen auf die maritimen Nahrungsnetze haben.
Denn das Meeressystem ist insgesamt zu komplex, um einigermaßen zuverlässige Vorhersagen über die Folgen eines Blaualgen-Rückgangs zu treffen.
"Die Studie ist daher als ein Was-wäre-wenn-Szenario zu verstehen, da – wie von den Autor:innen beschrieben – beispielsweise nicht mit Sicherheit gesagt werden kann, dass sich Prochlorococcus nicht an höhere Temperaturen anpassen kann", gibt Seifert zu verstehen.
Für die Biologin bleiben auch viele andere wichtige Fragen mit der Studie noch unbeantwortet. "Wie lange dauert eine typische 'heiße' Phase? Kann Prochlorococcus diese überleben und danach weiterleben oder wachsen? Sind hitzegestresste Prochlorococcus besonders anfällig gegenüber Phagen oder Viren? Und könnte eine Wiederbesiedelung aus tieferen, kühleren Schichten erfolgen?"
Die Antworten auf diese Fragen könnten die Interpretation der Ergebnisse maßgeblich ändern.
Trotz der offenen Punkte betont Miriam Seifert, dass die Studie einen stichhaltigen und aussagekräftigen Beitrag zur Einschätzung ökologischer Risiken liefert.
"Die Autor:innen wählten das Cyanobakterium Prochlorococcus – eine Schlüsselart der tropischen Meeresgebiete – und zeigen überzeugend anhand einer breiten Datengrundlage, dass diese Art bei Temperaturen nahe ihrer physiologischen Anpassungsgrenze lebt", fasst die Meeresforscherin zusammen.
