Biomarker zeigen Blaualgen-Vorkommen in der Vergangenheit

Blaualgenblüten in der Ostsee sorgen immer wieder für Schlagzeilen. Um zu erfahren, welche Faktoren diese massenhafte Vermehrung von Cyanobakterien begünstigen, blickten Forschende weit in die Vergangenheit. Sie wendeten spezielle Biomarker an.

„Nodularia spumigena“ unter dem Mikroskop: Diese Cyanobakterien-Art kommt am häufigsten in der zentralen Ostsee vor.
„Nodularia spumigena“ unter dem Mikroskop: Diese Cyanobakterien-Art kommt am häufigsten in der zentralen Ostsee vor. © IOW / S. Busch

Pünktlich zur Hauptsaison, wenn Touristen die Strände an der Ostsee bevölkern, werden auch unzählige winzige Lebewesen in Ufernähe angeschwemmt: Cyanobakterien, umgangssprachlich Blaualgen genannt. Sie kündigen sich durch grünliche Schlieren an und sind in der Lage, die Küstengewässer in eine trübe Brühe zu verwandeln. Vor allem aber können sie die Gesundheit von Menschen und Tiere gefährden.

Einige Arten der Cyanobakterien bilden Giftstoffe, die in hohen Konzentrationen beim Verschlucken bei Menschen Übelkeit und Erbrechen hervorrufen und bei Tieren sogar zum Tod führen können. Zudem können Massenentwicklungen von Cyanobakterien – sogenannte Blaualgenblüten – die Ökosysteme nachhaltig schädigen. Denn sterben diese Kleinstlebewesen in großen Mengen auf einmal ab und sinken auf den Meeresgrund, wird bei ihrer Zersetzung viel Sauerstoff verbraucht und die Ausbreitung sauerstoffarmer „Todeszonen“ begünstigt.

Die Meeresforschung beschäftigt sich seit Jahren mit diesem Thema. So untersuchten zwei Projekte innerhalb des vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) und der EU geförderten Forschungsprogramms BONUS die Wechselwirkungen zwischen klimatischen und hydrologischen Faktoren sowie der Nährstofffrachten im Hinblick auf die Blaualgenblüte in der Ostsee.

Mithilfe von gut datierten Sedimentkernen kann IOW-Meeresgeologe Jérôme Kaiser mehrere Tausend Jahre in die Ostseevergangenheit schauen.
Mithilfe von gut datierten Sedimentkernen kann IOW-Meeresgeologe Jérôme Kaiser mehrere Tausend Jahre in die Ostseevergangenheit schauen. © IOW / Dr. Kristin Beck

Die Erforschung von Cyanobakterien, unterstützt durch BMBF-Förderung, steht auch im Fokus des Leibniz-Instituts für Ostseeforschung Warnemünde (IOW). Dort wurde jetzt eine wesentliche Ursache für das vermehrte Auftreten von Blaualgenblüten weiter entschlüsselt. Ein Forscherteam um den IOW-Meeresgeologen Jérôme Kaiser analysierte hierzu das Auftreten und die Häufigkeit von Cyanobakterien in der Vergangenheit. Dafür nutzten die Forscherinnen und Forscher zwei spezielle Biomarker - Kohlenwasserstoffe, die von zwei fast nur in der Ostsee vorkommenden Cyanobakterien aus Fettsäuren produziert werden. Die beiden Marker, sie heißen 6- und 7-Methylheptadecan, haben aus wissenschaftlicher Sicht den Vorteil, dass sie sich auch innerhalb von Jahrtausenden nicht zersetzen und mit einem vertretbaren methodischen Aufwand in Sedimentproben nachweisen lassen. Diese chemischen Verbindungen stellen somit ideale Spuren dar, die von den Organismen hinterlassen werden. Ihre Ergebnisse hat das Forscherteam im Fachblatt Biogeosciences veröffentlicht.

Den Forscherinnen und Forschern gelang es, in einer Probe mit bis zu 160 Jahre alten Sedimenten vom Meeresboden durchgehend Cyanobakterien nachzuweisen. Demnach wechselten sich Perioden mit hohem und niedrigem Aufkommen ab. Vor allem in Zeiträumen, in denen laut Messdaten hohe Wassertemperaturen in der zentralen Ostsee herrschten, gab es auch massive Vorkommen von Cyanobakterien. Einen darüber hinaus sichtbaren, signifikanten Anstieg seit den 1950er Jahren, als die Überdüngung der Ostsee erheblich zunahm, stellte das Forscherteam nicht fest. Dabei wurde bislang in der Wissenschaft die vermehrte Nährstoffzufuhr als ein wesentlicher Faktor für die Blaualgenblüte angesehen.

Die Biomarker nutzten die Studienautoren auch zur Analyse eines 7000 Jahre alten Sedimentkerns aus der Bottensee, einem Becken im Norden der Ostsee. Dieser Zeitabschnitt umfasst das mittlere Holozän, eine warmzeitliche Epoche, in der die Durchschnittstemperaturen auf der Nordhalbkugel um 1 bis 1,5 Grad Celsius höher waren als heute. Sie ist für die heutige Klimaforschung daher besonders interessant. Aus der Probe ließ sich herleiten, welchen Einfluss der Klimawandel auf die Blaualgenblüten haben könnte.

Das beunruhigende Ergebnis: Der Gehalt an Biomarkern war damals bis zu 100-mal höher als in der heutigen zentralen Ostsee. Das legt häufige und starke Blaualgenblüten in dieser warmen Klimaperiode nahe. „Die beiden Biomarker sind für das gesamte Holozän einsetzbar“, fasst der IOW-Meeresgeologe Jérôme Kaiser zusammen. „Sie haben uns gezeigt, dass Cyanobakterien drastisch auf Klimaanomalien reagieren können. In Anbetracht der anhaltenden Erderwärmung sollten wir das im Blick behalten.“