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Algen: Nahrung in der Wasserwüste

Planktonvielfalt
Inmitten des Ozeans blüht alle Jahre wieder das Plankton auf – obwohl es dort, fernab von Küsten und aufsteigenden nährstoffreichen Strömungen, kaum Dünger für die Algen gibt: Vor allem an Nitrat, das die Pflanzen essenziell zum Leben benötigen, mangelt es in diesen Meeresregionen. Dieses Phänomen beschäftigt Meeresbiologen seit drei Jahrzehnten, doch nun könnten Stephen Riser von der University of Washington in Seattle und seine Kollegen das Rätsel gelöst haben.

Die Forscher bauten dazu auf ein Robotervehikel, das selbstständig durch den Ozean driftet und dabei immer wieder in Tiefen bis zu 1000 Metern taucht, wobei es gleichzeitig chemische und physikalische Daten sammelt. Während ihres zweijährigen Einsatzes im Pazifik nordöstlich von Oahu zeichnete die Sonde stets zwischen Januar und Oktober einen kontinuierlich steigenden Sauerstoffgehalt im oberflächennahen Wasser auf: ein deutliches Zeichen für zunehmende pflanzliche Aktivität, die über die Fotosynthese das Meer mit O2 anreichert. Parallel dazu nahm aber die Menge an Nitrat in tieferen Wasserschichten zwischen 100 und 250 Metern ab. Der Zusammenhang war so stark, dass die Forscher aus der Menge an verbrauchtem Nitrat ableiten konnten, wie viel Biomasse weiter oben erzeugt wurde: Die von ihnen geschätzte Menge stimmte gut mit den Werten von Messfahrten überein, bei denen die Algenkonzentration von Schiffen aus ermittelt wurde.

Algen und Nitrat | Das Schema zeigt die Verteilung von Plankton im Ozean, die sich in den lichtdurchfluteten Arealen des Meeres tummeln. Das Nitrat wabert dagegen vor allem in tieferen Schichten umher, wo es normalerweise der Nutzung durch die Algen entzogen ist. Wie der Austausch zwischen den unterschiedlichen Bereichen stattfindet, ist noch ungeklärt.
Wie die Algen jedoch an die Nährstoffe in der Tiefe gelangen, ist noch ungeklärt: Das Planktonwachstum selbst kann in 100 Meter Tiefe nicht ablaufen, da dorthin zu wenig Sonnenlicht dringt. Es muss also ein Austausch zwischen beiden Abschnitten stattfinden, der womöglich von Strömungswirbeln getragen wird. Diese Eddys genannten Wirbel bilden sich gelegentlich in mehreren hundert Metern Tiefe im Pazifik und transportieren laut den Drifterdaten Nitrat zumindest bis in Höhen von 70 Metern unter der Wasseroberfläche – allerdings nach bisherigem Wissen auch nicht darüber hinaus.

Das meiste Algenwachstum findet jedoch zwischen 0 und 50 Meter Tiefe statt, so dass mindestens noch ein zweiter Mechanismus zum Tragen kommen muss. Womöglich existierten größere Mengen an ruhenden Mikroalgen in lichtfernen Wasserschichten, die ebenfalls von den Eddys nach oben gefördert werden, spekuliert Koautor Ken Johnson vom Monterey Bay Aquarium Research Institute. Dort würden sie dann aktiv, zehrten das mitgebrachte Nitrat auf und stiegen noch weiter auf. Immerhin ist bekannt, dass einige Algenspezies peitschenartige Geißeln besitzen, die ihnen eigene Schwimmbewegungen ermöglichen. Andere Arten können aktiv ihren Auftrieb oder ihr Absinken steuern, so dass sie beispielsweise in der Nacht unten Nährstoffe aufnehmen und tagsüber weiter oben Fotosynthese betreiben. "Diese Hypothese zu belegen, wird eine interessante Aufgabe für Meeresforscher", meint Johnson.

In den nächsten Jahren wollen die Wissenschaftler überprüfen, ob ihre Beobachtungen aus dem Pazifik auch für den Atlantik gelten. Weitere Vehikel sollen im Nordpazifik und im Südpolarmeer auf Reise gehen: Dort sind der Nitratgehalt und das Algenwachstum im Oberflächenwasser von Natur aus höher als in den zentralen Meeresregionen. Ein Fünftel des weltweit von Pflanzen verbrauchten Kohlendioxids entfällt auf die fotosynthetische Aktivität der winzigen Planktonorganismen. (dl)

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  • Quellen
Johnson, K. et al.: Nitrate supply from deep to near-surface waters of the North Pacific subtropical gyre. In: Nature 465, S. 1062–1065, 2010.

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