Die Biologen melden sich zu Wort

Die ProIron Gruppe (Foto: Andreas Bäcker, FS Polarstern Crew)

Von Jasmin Heiden, Florian Koch et al.

An Bord der FS Polarstern sind wir sind 12 Biologen und Chemiker, die von verschiedenen Forschungsinstituten kommen (Alfred Wegener Institut, die Universitäten Genf, Bremen, Oldenburg und der ETH Zürich). Zusammen bilden wir die Arbeitsgruppe ProIron. An Bord werden wir verschiedene Experimente durchführen, um die Auswirkung unterschiedlicher Spurenmetallverfügbarkeiten und des Klimawandels, auf Mikroalgen-Gemeinschaftszusammensetzung und -produktivität, in der Drake-Passage und an der Westantarktischen Halbinsel zu untersuchen.

Wir interessieren und für Mikroalgen im Südpolarmeer, weil diese für 20 Prozent der globalen, marinen Produktivität verantwortlich sind. Folglich, haben Mikroalgen einen großen Einfluss auf den globalen Kohlenstoffkreislauf. Genau untersuchen wir die Auswirkungen von Spurenmetalllimitation (Eisen, Zink, Kobalt, Mangan, Vitamin B12) auf Mikroalgengemeinschaften und das Recycling dieser Metalle. Wir schauen uns auch den Einfluss von Lichtverfügbarkeit und Kohlenstoffdioxidkonzentrationen an.

Wir tun dies, da große Teile des Südpolarmeeres hohe Makronährstoffkonzentrationen (Nitrat, Phosphat, Silikat) haben, dort jedoch das Wachstum von Mikroalgen trotz dieser guten Bedingungen gering ist. Diese Bereiche des Meeres werden HNLC (High Nutrients Low Chlorophyll – viel Nährstoffe wenig Chlorophyll) Gegenden genannt. Dieses Paradox entsteht aufgrund der Tatsache, dass ein Element, welches die Mikroalgen zum Wachstum benötigen, nicht in ausreichenden Mengen vorhanden ist, um ein Wachstum zu ermöglichen. Aber wer ist der Übeltäter? Seit den 1990ern gibt es Hinweise, dass es sich dabei um Eisen handelt. Eisen wird für verschiedene Prozesse in der Zelle benötigt, so ist es z.B. in Proteinen der Photosynthese enthalten. Ist Eisen der einzige limitierende Faktor oder wirken andere Spurenelementen wie Zink, Kobalt, Mangan und Vitamin B12, welche Mikroalgen auch für ihr Wachstum benötigen, auch wachstumslimitierend? Ob im Südpolarmeer eine Ko-Limitation dieser Spurenmetalle mit Eisen vorhanden ist, ist noch unbekannt. In Gegensatz zum Wasser der Drake-Passage, wurde dieses Paradox in antarktischen Küstengewässern (noch) nicht beobachtet.

In den antarktischen Küstengebieten sind die Eisenkonzentrationen aufgrund von Eiseneintrag aus Schelfsedimenten, Eisschmelze (Seeeis, Gletscher, Eisberge), Remineralisierungsprozessen in der Wassersäule und durch das Aufsteigen von eisenhaltigem Tiefenwasser generell hoch. Während dieser Expedition untersuchen wir folgende Fragen: Ist Eisen der einzige limitierende Faktor? Ist es möglich, dass andere Spurenmetalle auch Wachstum limitieren und wenn ja, wie wirkt sich dies auf Makroalgen aus, wenn ein oder mehrere Spurenmetalle limitierend sind? Wir werden sieben Experimente an Bord durchführen, um diese Fragen zu beantworten und das Paradox der HNLC-Gebiete besser zu verstehen.

Als wäre dies nicht schon genug, schauen wir uns auch noch andere Faktoren an, die eine Mikroalgengemeinschaft und deren Zusammensetzung beeinflussen. Aufgrund des Klimawandels steigen durch z.B. das Verbrennen von fossilen Brennstoffen die atmosphärischen Kohlenstoffdioxidkonzentrationen. Kohlenstoffdioxid gelangt auch in die Weltmeere, wo er mit dem Seewasser reagiert, was den pH-Wert des Wassers absenkt. Dadurch wird der Ozean langsam saurer. Wenn mehr Kohlenstoffdioxid im Meer vorhanden ist, kann dies Mikroalgen beeinflussen, da diese das Kohlenstoffdioxid in der Photosynthese nutzen, um partikuläre organische Masse zu bilden. Es ist nicht klar, ob Mikroalgen von einem Anstieg der Kohlenstoffdioxidkonzentration profitieren und es ist auch relativ unbekannt, wie sich dies zusammen mit der Eisenlimitierung auswirkt. Wir wollen uns darum ansehen, wie Mikroalgen auf die Kombination der zwei beeinflussenden Umweltfaktoren Eisen und Kohlenstoffdioxid reagieren.

Mit besten Grüßen, die ProIron-Gruppe