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Montag, 11.12.2017
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Tiefsee-Einzeller als Umweltindikatoren

Foraminiferen liefern Erkenntnisse über das Ökosystem Tiefsee

Einzeller, die seit dem Erdaltertum auf dem Tiefseeboden leben, so genannte benthische Foraminiferen, lassen Rückschlüsse auf die damaligen Umweltbedingungen zu und tragen zum besseren Verständnis des heutigen Ökosystems der Tiefsee bei. Die Tübinger Biologin Petra Heinz hat die Lebensbedingungen benthischer Foraminiferen durch Laborversuche und in der Tiefsee, 4000 Meter unter dem Meeresspiegel, erforscht.
Sie sind winzig klein. Manche von ihnen kann man mit dem bloßen Auge gerade noch erkennen, andere hingegen sind kaum größer als 30 Mikrometer. Die Rede ist von benthischen Tiefsee-Foraminiferen, von Einzellern, die auf und in den oberen Schichten des Tiefseebodens leben. Dort machen sie mancherorts über die Hälfte der Biomasse aus.

Foraminiferen

Foraminiferen

Wie fossile Funde zeigen, gibt es viele Foraminiferen-Gattungen schon seit dem Kambrium, also seit circa 544 Millionen Jahren. Von ihren heutigen Lebensbedingungen und vor allem vom Einfluss der Umweltbedingungen auf die heutigen Foraminiferen-Faunen lassen sich Rückschlüsse auf die Umweltbedingungen am Fundort der Fossilien zu deren Lebenszeit ziehen. Das ist für Paläontologen und Biologen gleichermaßen interessant, denn über das bedeutende Ökosystem der Tiefsee ist noch wenig bekannt.

Sauerstoff entscheidend


Die Biologin Petra Heinz vom Institut für Geowissenschaften der Universität Tübingen hat es sich zur Aufgabe gemacht, die heute noch lebenden Foraminiferen zu erforschen. Petra Heinz war dafür schon mehrmals zu Felduntersuchungen auf den verschiedenen Ozeanen unterwegs, zum Beispiel dem Arabischen Meer: "Das Arabische Meer eignet sich besonders gut, um den Einfluss von Umweltbedingungen auf die Forams - wie ich sie nenne - zu untersuchen. Dort gibt es starke saisonale Unterschiede und verschiedene Bedingungen auf engem Raum."


Bei einer starken Zunahme des organischen Materials am Meeresboden, beispielsweise in der Folge einer Algenblüte, nimmt die Sauerstoffkonzentration ab, da es zu Zehrungsprozessen beim Abbau des Materials kommt. Die meisten Einzeller benötigen Sauerstoff zum Überleben, einige Arten tolerieren jedoch auch geringere Sauerstoffkonzentrationen und können das hohe Nahrungsangebot gut nutzen. Benthische Foraminiferen sind daher ein guter Anzeiger um "Biogeochemische Stoff- und Energietransporte in der Tiefsee" zu untersuchen, wie es im Rahmen des gleichnamigen Forschungsverbundprojekts, kurz "BIGSET", geschieht.

Von dem deutschen Forschungsschiff R/V Sonne aus entnahm Petra Heinz nach dem Nordost-Monsun Proben aus 3.000 bis 4.000 Meter Tiefe an mehreren Stationen. Manche waren vom Monsun und der dadurch verursachten erhöhten Algenbildung stark, andere gar nicht betroffen. Bei der Auswertung der Proben stellte sie fest, dass erhöhte Foraminiferenzahlen mit der gesteigerten Nahrungszufuhr in den vom Monsun betroffenen Gebieten korrelieren. Die Artzusammensetzung und die Vertikalverteilung der Foraminiferen im Tiefseeboden blieben hingegen relativ konstant. Der Nordost-Monsun wirkte offenbar im Wesentlichen auf die Populationsdichte der benthischen Foraminiferen.

Nur welche der vom Monsun bedingten Faktoren lösen diese Reaktionen bei den Einzellern aus? Und wie spielen sie zusammen? "Um das herauszufinden, sind Laboruntersuchungen nötig, weil es hier möglich ist, Sauerstoffgehalt und Nahrungszufuhr unabhängig voneinander zu regulieren. Unter natürlichen Bedingungen ändern sich beide Parameter meist gleichzeitig", erklärt Petra Heinz. Ihre Proben kultivierte Petra Heinz zusammen mit ihrer Kollegin Emmanuelle Geslin in speziellen Aquarien. Nachdem sie entweder Sauerstoff- oder Nahrungszufuhr verändert hatten, untersuchten sie Dichte und Artzusammensetzung der Foraminiferen sowie deren Vertikalverteilung im Tiefsee- beziehungsweise Aquarienboden. Es stellte sich heraus, das vor allem der Sauerstoff die Vertikalverteilung beeinflusst.

Fraßversuche per Tauchboot


Über die Bedeutung des Stoffwechsels benthischer Foraminiferen für den Kohlenstoffhaushalt des Meeres weiß man noch sehr wenig. Wie viel Nahrung in Form von organischen Kohlenstoffverbindungen nehmen sie auf? Welchen Platz haben sie im Nahrungsnetz der Tiefsee? Auch diesen Fragen geht Petra Heinz auf den Grund, im wahrsten Sinn des Wortes. In Zusammenarbeit mit japanischen Wissenschaftlern vom "Institute for Frontier Research on Earth Evolution (IFREE)" in Yokosuka, untersuchte sie die Nahrungsaufnahme der Foraminiferen durch Experimente vor Ort, nämlich auf dem Grund der Sagami-Bucht in Zentraljapan, in über 1.000 Metern Tiefe.

Für ihre Versuche haben die Forscher zuvor Algen der Art Dunaliella tertiolecta durch eine Anreicherung mit 13C-Kohlenstoff markiert. Diese Algen brachten sie mit Hilfe eines Tauchbootes auf den Tiefseeboden auf. Dazu benutzten sie spezielle Gefäße, die einen Teil des Meeresbodens mit den darin enthaltenen Foraminiferen einschlossen. Anschließend untersuchten sie diese Sedimente und Foraminiferen in verschiedenen Zeitabständen von zwei Stunden bis zu sechs Tagen auf ihren Gehalt an 13C.

Dabei stellte sich heraus, dass sich die Foraminiferen sehr schnell über die Nahrung hermachen. Schon nach zwei Tagen hatten die meisten der untersuchten Arten erhebliche Mengen der zugegebenen Algen gefressen. Als Endverbraucher spielen sie also eine große Rolle für die Sedimentierung des Tiefseebodens wie auch für den Kohlenstoffwechsel des Meeres. Benthische Foraminiferen sind demnach nicht nur ein Indikator für die Klima- und Umweltbedingungen von vor Millionen von Jahren, sondern damals wie heute selbst ein einflussreicher Faktor in dem Wechselwirkungsgeflecht des marinen Ökosystems.
(Eberhard-Karls-Universität Tübingen, 15.04.2004 - NPO)
 
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