Phytoplankton blüht nur bei Mix von Nährstoffen

Phytoplankton beeinflusst alle Lebewesen im Meer. Diese Mikroorganismen stehen am Anfang der Nahrungskette. Gleichzeitig machen sie die Weltmeere zu einer Art Kohlenstoff-Pumpe: Sie nehmen CO2 auf und verfrachten es als organische Kohlenstoffverbindungen in die Tiefe. In welcher Dichte und welchen Regionen Phytoplankton vorkommt, hängt von Nährstoffen wie Eisen oder Stickstoff ab. Forschende des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel konnten erstmals experimentell nachweisen, dass im offenen Ozean nicht ein einzelner, sondern nur eine Kombination aus mehreren Nährstoffen das Wachstum des Phytoplanktons hemmt oder fördert.

Die Ozeane wandeln sich. Sie erwärmen sich, übersäuern und verlieren global an Sauerstoff. Diese Prozesse wirken sich auf die Verteilung wichtiger Nährstoffe aus. Doch wie genau verändert sich dadurch das Planktonwachstum? Um diese Frage beantworten zu können, muss man wissen, welche Nährstoffe das Wachstum begrenzen oder anregen können. Die bisherige Forschung hat erste Ergebnisse geliefert, die das weit verbreitete Zusammenwirken mehrerer Nährstoffe nahelegen. Vor diesem Hintergrund begann ein internationales Forschungsteam um Dr. Thomas Browning (GEOMAR) seine Arbeit im südlichen Atlantik.

Die Studie, die jüngst in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht worden ist, beruht auf einer Expedition des deutschen Forschungsschiffs „Meteor“. Diese führte Ende 2015 im Rahmen des Internationalen GEOTRACES-Programm zur Südwestküste Afrikas. An zahlreichen Positionen entlang der mehrere tausend Kilometer langen Route nahm das Team Wasserproben. In speziellen Versuchskammern an Bord wurde das Plankton von jeweils einer Position mit unterschiedlichsten Kombinationen der Nährstoffe Stickstoff, Eisen und Kobalt versorgt.

Was nach einem einfachen Versuchsaufbau klingt, erwies sich in der Praxis als komplex. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler mussten vor allem Verunreinigungen der einzelnen Versuchskammern mit fremden Spurenstoffen ausschließen. „Außerdem reagiert das Plankton sehr empfindlich auf Licht und Temperatur. Auch in der Beziehung mussten wir also besondere Sorgfalt anwenden“, erklärt Biogeochemiker Browning.

Während an Stationen nahe der Küste schon ein Nährstoff reichte, um das Planktonwachstum deutlich zu steigern, waren an den Stationen im offenen Ozean mindestens zwei Nährstoffe notwendig, damit das Plankton sich deutlich vermehrte. „Besonders interessant war, dass hohe oder eben niedrige Planktondichten, wie wir sie anhand der Experimente vorhergesagt haben, dann im Meerwasser bei entsprechenden Nährstoffkonzentrationen und -zusammensetzungen auch tatsächlich gefunden wurden“, betont Browning.

Das Ergebnis der Studie ermöglicht unter Verwendung neuer Daten aus Programmen wie GEOTRACES großräumige Vorhersagen zur Nährstoffbegrenzung. „Durch die Kombination dieser Informationen mit weltweiten Nährstoffmessungen und Verbesserungen in ozeanischen biogeochemischen Modellen werden wir in der Lage sein, zuverlässigere Vorhersagen über die Auswirkungen von sich verändernden Nährstoffverteilungen auf globaler Ebene zu treffen“, resümiert Browning. Aber das sei nur der erste Schritt. Es gehe nun darum, Experimente auch in anderen Regionen durchzuführen.

07.11.2017