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Wie Algen sich gefräßige Krebse vom Leibe halten

27.05.2004


Kieselalgen. Einige einzellige Kieselalgen vermehren sich im Frühjahr sehr gut im freien Ozean, ohne dass potenzielle Fraßfeinde gegenwärtig sind. Grund dafür ist ihre effiziente indirekte chemische Verteidigung, bei der zum Beispiel Zellen der hier abgebildeten Art Thalassiosira reaktive Stoffe freisetzen und die Vermehrung ihrer Fraßfeinde behindern.
Bild: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie/ Wichard


Abb. 2: Bei Ruderfußkrebsen der Art Calanus entwickelt sich der Nachwuchs nicht immer wie hier im Bild gezeigt ohne Störungen. Wenn die Mutter auf Kieselalgen-reiche Nahrung aufnimmt, wachsen viele ihrer Nachkommen nur mit Missbildungen heran. Auslöser für die Deformationen sind reaktive Aldehyde, die von der Kieselalge nach Bissverletzungen durch die Fraßfeinde freigesetzt werden.
Bild: Max-Planck-Institut für chemische Ökologie/ Wichard


Meeresalgen behindern mit chemischen Waffen nachhaltig die Fortpflanzung ihrer Fressfeinde, berichtet ein internationales Forscherteam in "Nature"


Die üppige Planktonblüte, Kennzeichen nährstoffreicher Regionen und Jahreszeiten im Meer, wird weltweit von einigen wenigen Kieselalgen-Arten dominiert. Nach der Blüte sinkt ein bedeutender Teil ihrer Biomasse ‚ungefressen’ zum Meeresgrund, weil sich ihre Fressfeinde - Ruderfußkrebse oder Copepoden - erst nach der Blüte, also unter wesentlich schlechteren Nahrungsbedingungen, besser entwickeln als während der Planktonblüte selbst. Ein internationales Team, darunter Forscher vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena, hat jetzt dieses Paradox aufgeklärt: Die winzigen Kieselalgen sind in der Lage, durch chemische Abwehrstoffe die Vermehrung ihrer Fraßfeinde wesentlich zu beinträchtigen. Indem einige der Algen sich ‚opfern’ und die sie fressenden Krebse vergiften, wird der Rest der Population nachhaltig geschützt. Dieser raffinierte Mechanismus hindert also die Feinde nicht direkt am Fressen, sondern behindert ihre Vermehrung in der nächsten Generation (Nature, 27. Mai 2004).

Ein Großteil der Erdoberfläche ist von Wasser bedeckt und so verwundert es nicht, dass die in den Ozeanen lebenden photosynthetisch aktiven Organismen einen großen Anteil an der globalen Kohlendioxid-Fixierung haben. So nimmt man heute an, dass einige Mikroalgen (Kieselalgen oder Diatomeen) in nahezu gleichem Umfang Photosynthese betreiben, wie der gesamte terrestrische Regenwald zusammengenommen. Forscher interessieren sich für diese Einzeller im Ozean, nicht nur wegen ihrer zentralen Bedeutung für den globalen Kohlenstoff-Kreislauf sondern auch, weil sie einen Grundstock der marinen Nahrungskette darstellen.


Diatomeen werden in der Regel von Ruderfußkrebsen oder Copepoden gefressen, die wiederum die Futterbasis für höhere Stufen der Nahrungskette, wie Fische, bilden. Doch oft fällt auf, dass nicht alle Massenvorkommen von Kieselalgen von den herbivoren Ruderfußkrebsen konsumiert werden. Gerade im Frühjahr kann man in bestimmten Regionen der Meere beobachten, dass diese Algen wenig gefressen werden, sondern vielmehr am Ende Ihres Lebens zum Meeresgrund sinken. Der marinen Nahrungskette geht auf diese Weise ein Teil ihrer potenziellen Ressourcen abhanden.

Ein internationales Forscherteam um Adrianna Ianora von der Zoologischen Station "Anton Dohrn" in Neapel hat sich zum Ziel gesetzt, dieser überraschenden Resistenz der Algen gegen Fraßfeinde auf den Grund zu gehen. In Laborversuchen fütterten sie die Krebse mit Kieselalgen und verfolgten dann ihre weitere Entwicklung und ihren Erfolg in der Fortpflanzung. Zu ihrer Überraschung stellte sich heraus, dass sich Ruderfußkrebse dank der Kieselalgen-haltigen Nahrung zwar gut entwickeln, dass aber die Fitness ihres Nachwuchses offenbar stark von der Nahrung der Mutter abhängig ist. Frisst die Krebsmutter vor der Eiablage Kieselalgen-reiche Nahrung, so zeigt der heranreifende Nachwuchs starke Deformationen und kann sich oft nicht einmal bis zur vollen Geschlechtsreife entwickeln.

Einzellige Algen sind also in der Lage, im offenen Ozean chemische Substanzen zu produzieren, die keimschädigend auf ihre Fraßfeinde, die Ruderfußkrebse, wirken. Die deutsche Wissenschaftlergruppe um Georg Pohnert vom Max-Planck-Institut für chemische Ökologie fand jetzt heraus, dass die Algen diese schädlichen oder sogar giftigen Stoffe keineswegs permanent produzieren. Vielmehr wird diese Abwehr erst während des Fraßvorgangs durch Verletzungen angekurbelt.

Dass die dabei freigesetzten Stoffe tatsächlich zu einer Keimschädigung führen, haben wiederum Versuche gezeigt, die von den italienischen und französischen Wissenschaftlergruppen durchgeführt wurden: Diese hatten eine gut als Futter geeignete Alge vor der Verfütterung an die Krebse mit den chemischen Verbindungen (ungesättigten Aldehyden) aus Diatomeen imprägniert. Während der Nachwuchs der Ruderfußkrebse mit unbehandelter Algennahrung gut heranwuchs und auch die volle Reife erlangte, führte der Verzehr der selben Algen, allerdings imprägniert mit einer Substanz aus den Diatomeen, zu den gleichen keimschädigenden Effekten wie bei den Kieselalgen selbst.

Die Wechselspiele im scheinbar homogenen Lebensraum der offenen Meere sind also äußerst komplex. Doch die neuen Forschungsergebnisse bringen einiges Licht ins Dunkle: Gerade im Frühjahr, wenn die einzelligen Kieselalgen im Meer in Massen vorkommen, sind ihre potenziellen Fraßfeinde darauf angewiesen, sich von diesen schädlichen Algen zu ernähren. Weil sie das tun, können sie aber - durch die beschriebene Wirkung der chemischen Abwehrstoffe - nicht die optimale Zahl an Nachkommen hervorbringen, die nach Verzehr einer guten Nahrung zu erwarten wären. Die Kieselalgen wiederum sind auf diese Weise sehr gut vor ihren Fraßfeinden geschützt und können sich selbst gut vermehren. Und erst, wenn die essenziellen Nährstoffe, die für diese Algen wichtig sind, in ihrem Lebensraum aufgebraucht sind, kommen andere Algen ins Spiel, durch deren Verzehr sich die herbivoren Krebse sprunghaft vermehren können.

Den Forschern ist es somit gelungen, die seit Jahrzehnten offene Frage, warum im Frühjahr einige Arten von Kieselalgen massenhaft vorkommen und nicht von ihren Fraßfeinden "kontrolliert" werden, beantworten: Diese Algen sind einfach in der Lage, bei Verletzungen chemische Cocktails zu produzieren, die bei ihren Fraßfeinden zu einer Geburtenreduktion bzw. einer starken Beeinträchtigung der Nachkommen führen. "Indem sich einige der Einzeller opfern, gelingt es ihnen den Rest ihrer Population zu erhalten. Denn die Ruderfußkrebse können den vermeintlichen Nahrungsüberfluss nicht nutzen, ohne ihre Nachkommenschaft zu schädigen", sagt Georg Pohnert, Forschungsgruppenleiter am Max-Planck-Institut für chemische Ökologie in Jena.

Beiträge der beteiligten Forschergruppen:
- Gruppe von A. Ianora (Zoologischen Station "Anton Dohrn" in Neapel, Italien): Konzeptuelle Ausrichtung, Ökologie, Laborversuche und Teil der Feldmessungen;
- Gruppe von S. Poulet (Station Biologique de Roscoff, CNRS, Frankreich): Ökologie, Teil der Feldmessungen;
- Gruppe von G. Pohnert (MPI Chemische Ökologie, Jena): Chemische Analytik, chemische Ökologie, Enzymatik der Verteidigungsmetabolitproduktion von Kieselalgen;
- Victor Smetaceck (Alfred Wegener Institut, Bremerhaven): Konzeptionelle Arbeiten, Ökologische Diskussion.

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Priv. Doz. Dr. Georg Pohnert
Max-Planck-Institut für chemische Ökologie, Jena
Tel.: 03641 57-1258, Fax: -1256
E-Mail: pohnert@ice.mpg.de

Dr. Bernd Wirsing | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

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