Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kleine Alge mit großem Potenzial

15.09.2014

Die wichtigste einzellige Kalkalge der Weltmeere ist in der Lage, sich durch Evolution gleichzeitig an steigende Wassertemperaturen und Versauerung des Ozeans anzupassen.

Ein international einmaliges Langzeitexperiment mit der Art Emiliania huxleyi am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel zeigt, dass das Potenzial der Alge weitaus größer ist, als bislang vermutet worden war. Außerdem bewiesen die Wissenschaftler mit ihrer Labor-Studie erstmals, dass sich evolutionäre Anpassungen an mehrere Stressfaktoren nicht gegenseitig beeinträchtigen müssen.


Drei Zellen der wichtigsten einzelligen Kalkalge der Weltozeane, Emiliania huxleyi.

Foto: Kai T. Lohbeck, GEOMAR

In einem bislang einmaligen Evolutionsexperiment demonstrierten Wissenschaftler des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und des Thünen-Instituts für Seefischerei erstmals, dass sich die wichtigste einzellige Kalkalge der Weltozeane, Emiliania huxleyi, gleichzeitig an Ozeanversauerung und steigende Wassertemperaturen anpassen kann.

Die Forscher widerlegten mit ihrer Studie die verbreitete Vermutung, evolutionäre Anpassungen an diese beiden Aspekte des Klimawandels würden sich gegenseitig behindern. „Auch wenn das Experiment unter Laborbedingungen durchgeführt wurde, zeigt es deutlich, welch großes Anpassungspotential in Emiliania huxleyi steckt“, erklärt Lothar Schlüter, Erstautor der Studie und Doktorand am GEOMAR.

„Der Beweis ist erbracht. Prognosen über den Ozean der Zukunft müssen solche adaptiven Veränderungen unbedingt berücksichtigen.“ Ihre Ergebnisse, die im Rahmen des Exzellenzclusters „The Future Ocean“ und des deutschen Forschungsverbunds BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) erzielt wurden, präsentieren die Forscher in der Oktober-Ausgabe des Fachmagazins Nature Climate Change.

Basis der Untersuchung war eine einzelne Zelle von Emiliania huxleyi aus dem Raunefjord in Norwegen. Da sich diese Alge im Labor etwa einmal am Tag durch Teilung vermehrt, konnten aus dem Isolat zahlreiche genetisch zunächst identische Kulturen gewonnen werden.

Für die Studie wurden jeweils fünf Kulturen unter Kontrollbedingungen (15 Grad Celsius) und bei erhöhter Wassertemperatur (26 Grad Celsius) kombiniert mit drei unterschiedlichen Konzentrationen an Kohlendioxid (CO2) gehalten: einem Kontrollwert mit heutigen Verhältnissen, den Bedingungen, die nach den kritischsten Berechnungen des Weltklimarats gegen Ende dieses Jahrhunderts erreicht werden könnten, und dem höchstmöglichen Grad an Versauerung.

Nach einem Jahr und etwa 460 Algen-Generationen prüften die Wissenschaftler, wie die angepassten im Vergleich zu den Kontroll-Populationen innerhalb eines Zeitraums von fünf Tagen auf die hohe Temperatur reagierten. Ergebnis: Angepasste Populationen wuchsen unter 26 Grad Celsius deutlich schneller als die nicht-angepassten – unabhängig vom Kohlendioxid-Gehalt im Wasser. Teilweise produzierten die angepassten Kulturen unter den hohen Temperaturen sogar mehr neue Biomasse und etwa doppelt so viele Kalkplättchen als die Kontrollgruppe.

In einem Teilexperiment kamen die Forscher zu dem überraschenden Ergebnis, dass sich die Kulturen, die ein Jahr lang gleichzeitig dem höchsten CO2-Wert und den höchsten Temperaturen ausgesetzt waren, am schnellsten auf die erneut höheren Temperaturen einstellten. „Über mehrere hundert Generationen hinweg haben sich offenbar jene neuen Mutationen durchgesetzt, welche gleichzeitig Vorteile unter Ozeanversauerung und Erwärmung vermittelt haben“, folgert Schlüter.

Einzellige Kalkalgen wie Emiliania huxleyi spielen eine wichtige Rolle für den Transport von Kohlenstoff in den tiefen Ozean. Daher erfassten die Forscher nach der Anpassungsphase auch das Verhältnis von anorganischen Kalkplättchen zu organischem Kohlenstoff in den Zellen: Es deckte sich fast mit dem der Kontroll-Population unter heutigen Ozeanbedingungen.

„Dies bedeutet, dass die per Evolution angepassten Kalkalgen weiterhin den selben Ballast-Effekt erzielen wie die ursprünglichen isolierten Kulturen unter den heutigen Bedingungen – also nach ihrem Absterben oder in Kotballen Kohlenstoff in den tiefen Ozean transportieren, so dass dieser dort langfristig gespeichert wird“, erklärt Prof. Dr. Thorsten Reusch, Leiter der Evolutionsökologie am GEOMAR. „Die Funktion des Ozeans als Kohlenstoff-Senke, welche die Folgen des Klimawandels abmildert, würde somit erhalten bleiben.“

Die Evolutionsökologen des GEOMAR zeigten 2012 erstmals, dass sich Emiliania huxleyi durch Evolution an Ozeanversauerung anpassen kann. Seither wurden die Laborexperimente weitergeführt und verfeinert. „Mittlerweile läuft in unseren Laboren das weltweit längste und komplexeste Experiment zu dieser Fragestellung“, unterstreicht Thorsten Reusch. Die Labor-Ergebnisse werden jetzt in biogeochemische Modelle einbezogen, welche die Produktivität des Ozeans der Zukunft und Grenzen der Kohlenstoff-Speicherung errechnen. Außerdem fließen die Erkenntnisse zur evolutionären Anpassung in eine Untersuchung zu zukünftigen Artenverschiebungen im Plankton ein.

Originalveröffentlichung:
Schlüter, L.; Lohbeck, K. T., Gutowska, M, A., Gröger, J. P., Riebesell, U.; Reusch, Thorsten B. H. (2014): Adaptation of a globally important coccolithophore to ocean warming and acidification, Nature Climate Change, doi: 10.1038/nclimate2379

Future Ocean in Kürze:
Der Kieler Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ erforscht die Veränderungen der Ozeane in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft mit einem weltweit einmaligen Ansatz: Meeres-, Geo- und Wirtschaftswissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Mediziner, Mathematiker, Informatiker, Juristen sowie Gesellschafts- und Sozialwissenschaftler bündeln ihr Fachwissen in insgesamt elf multidisziplinären Forschergruppen. Ihre Forschungsergebnisse fließen ein in nachhaltige Nutzungskonzepte und Handlungsoptionen für ein weltweites Management der Ozeane. Das Forschernetzwerk wird getragen von der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), dem GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, dem Institut für Weltwirtschaft (IfW) und der Muthesius Kunsthochschule (MKHS). Der Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ wird im Rahmen der Exzellenzinitiative von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Auftrag von Bund und Ländern gefördert. Weitere Informationen unter www.futureocean.org

BIOACID in Kürze:
Unter dem Dach von BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) untersuchen 14 Institute, wie marine Lebensgemeinschaften auf Ozeanversauerung reagieren und welche Konsequenzen dies für das Nahrungsnetz, die Stoff- und Energieumsätze im Meer sowie schließlich auch für Wirtschaft und Gesellschaft hat. Das Projekt begann 2009 und ging im September 2012 in eine zweite auf drei Jahre angelegte Förderphase. Das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unterstützt die aktuellen Arbeiten mit 8,77 Millionen Euro. Die Koordination liegt beim GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel. Eine Liste der Mitglieds-Institutionen, Informationen zum wissenschaftlichen Programm und den BIOACID-Gremien sowie Fakten zur Ozeanversauerung sind auf der Website www.bioacid.de zu finden.

Ansprechpartner:
Prof. Dr. Thorsten Reusch (GEOMAR FB3-EV), Tel.: 0431 600-4550, treusch@geomar.de
Maike Nicolai (GEOMAR Kommunikation & Medien), Tel.: 0431 600-2807, mnicolai@geomar.de

Weitere Informationen:

http://www.geomar.de GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
http://www.ozean-der-zukunft.de Exzellenzcluster Ozean der Zukunft
http://www.bioacid.de BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification)
http://www.ti.bund.de THÜNEN-Institut für Seefischerei Hamburg

Dr. Andreas Villwock | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz
27.07.2017 | Medizinische Hochschule Hannover

nachricht Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse
27.07.2017 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Physiker designen ultrascharfe Pulse

Quantenphysiker um Oriol Romero-Isart haben einen einfachen Aufbau entworfen, mit dem theoretisch beliebig stark fokussierte elektromagnetische Felder erzeugt werden können. Anwendung finden könnte das neue Verfahren zum Beispiel in der Mikroskopie oder für besonders empfindliche Sensoren.

Mikrowellen, Wärmestrahlung, Licht und Röntgenstrahlung sind Beispiele für elektromagnetische Wellen. Für viele Anwendungen ist es notwendig, diese Strahlung...

Im Focus: Physicists Design Ultrafocused Pulses

Physicists working with researcher Oriol Romero-Isart devised a new simple scheme to theoretically generate arbitrarily short and focused electromagnetic fields. This new tool could be used for precise sensing and in microscopy.

Microwaves, heat radiation, light and X-radiation are examples for electromagnetic waves. Many applications require to focus the electromagnetic fields to...

Im Focus: Navigationssystem der Hirnzellen entschlüsselt

Das menschliche Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Nervenzellen. Informationen zwischen ihnen werden über ein komplexes Netzwerk aus Nervenfasern übermittelt. Verdrahtet werden die meisten dieser Verbindungen vor der Geburt nach einem genetischen Bauplan, also ohne dass äußere Einflüsse eine Rolle spielen. Mehr darüber, wie das Navigationssystem funktioniert, das die Axone beim Wachstum leitet, haben jetzt Forscher des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) herausgefunden. Das berichten sie im Fachmagazin eLife.

Die Gesamtlänge des Nervenfasernetzes im Gehirn beträgt etwa 500.000 Kilometer, mehr als die Entfernung zwischen Erde und Mond. Damit es beim Verdrahten der...

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

10. Uelzener Forum: Demografischer Wandel und Digitalisierung

26.07.2017 | Veranstaltungen

Clash of Realities 2017: Anmeldung jetzt möglich. Internationale Konferenz an der TH Köln

26.07.2017 | Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Basis für neue medikamentöse Therapie bei Demenz

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie

Aus Potenzial Erfolge machen: 30 Rittaler schließen Nachqualifizierung erfolgreich ab

27.07.2017 | Unternehmensmeldung

Biochemiker entschlüsseln Zusammenspiel von Enzym-Domänen während der Katalyse

27.07.2017 | Biowissenschaften Chemie