Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kieselalgen: Kleine Wesen, grosse Wirkung

07.02.2017

Kieselalgen sind zwar winzig klein. Sie prägen jedoch die Verteilung von Nährstoffen und Spurenelementen in allen Weltmeeren. Das zeigen Forschende in einer Studie auf, die in der Fachzeitschrift «Nature Geoscience» erschienen ist.

Diatomeen sind weit verbreitet, sie leben in Bächen, Flüssen und Seen, aber auch im Salzwasser der Weltmeere. Besonders dominant treten diese auch als Kieselalgen bezeichneten Einzeller im Südlichen Ozean rund um die Antarktis auf. Sind genügend Licht und Nährstoffe vorhanden, können sich die Kieselalgen dort explosionsartig vermehren. Eine Algenblüte ist die Folge.


ETH-Forscher an Bord der «Akademik Treshnikov» holen mit Spezialgerät Meerwasserproben, um Diatomeen zu sammeln.

Matthias Sieber / ETH Zürich / ACE

Während ihrer rasanten Entwicklung entziehen die Kieselalgen der obersten Wasserschicht grosse Mengen von Spurenelementen und Nährstoffen, vor allem Silizium für den Bau ihrer Schalen und Zink als Bestandteil von wichtigen Enzymen.

Die starke Nährstoff-Verarmung aufgrund der Algenblüte macht sich in der obersten Wasserschicht deutlich bemerkbar – und beeinflusst die Ozeanchemie in weiten Teilen der Weltmeere, wie ein Team von Forschenden um Derek Vance, Professor für Geochemie und Petrologie der ETH Zürich in einer «Nature Geoscience»-Publikation aufzeigen.

Kieselalgen zehren Nährstoffe auf

Die Forscher können die Kieselalgen-Massenvermehrung an Tiefenprofilen der Zink- und Silizium-Konzentration im Wasser verschiedener Meere ablesen: die Profile sind für die beiden Elemente identisch, mit einer deutlichen Verringerung im obersten Kilometer der Wassersäule. Die Forscher deuten dies als Kombination der biologischen Aktivität der Kieselalgen, welche die oberste Wasserschicht rund um die Antarktis um ihre Nährstoffe bringt, und dem Transport dieser an Nährstoffen verarmten Wassermassen durch vorherrschende Strömungen in andere Ozeane.

Die von Nährstoffen entleerte oberste Wasserschicht fliesst oberflächlich in Richtung Äquator. Zwischen dem 45. und 50. Breitengrad sinkt sie unter eine wärmere Oberflächenschicht ab. Diese mittlere Wasserschicht reicht weit in nördlichere Ozeane hinein und mischt sich nicht vollständig mit anderen Schichten. Sie bleibt daher nährstoffarm.

Nicht alle Oberflächenwasser rund um die Antarktis fliessen zum Äquator hin. Nahe am antarktischen Kontinent bildet sich Meereis, sodass das Oberflächenwasser sehr salzig und dicht wird. Dieses dichte Wasser sinkt in die Tiefe. Zudem endet die Algenblüte ziemlich abrupt, sobald die Nährstoffe aufgebraucht sind. Die Kieselalgen sinken nach ihrem massenhaften Absterben ebenfalls in den tiefen Ozean. Während sie absinken, werden die Zellen teilweise von kleinen Meerestierchen aufgenommen und in deren Kot ausgeschieden.

In den Tiefen des Meeres zersetzen sich schliesslich die Zellen, Zink und Silizium gelangen zurück ins Meerwasser, 5000 Meter unter der Oberfläche. In dieser Tiefe bleiben die beiden Spurenelemente gefangen und reichern sich an.

Das Tiefenwasser strömt schliesslich in einer weiten Schlaufe in Richtung Äquator und zurück in Richtung Antarktis, wo es auftreibt und damit die angereicherten Nährstoffe an die Licht durchflutete Wasseroberfläche befördert. Der Vermehrungszyklus der Kieselalgen kann von Neuem beginnen.

Widerspruch geklärt

Mit ihrem Ansatz, den Lebenszyklus der Kieselalgen mit den vorherrschenden Meeresströmungen des Südlichen Ozeans zu kombinieren, lösen die Forscher um Vance auch das Paradoxon, dass sich die Tiefenprofile von Silizium und Zink decken, obwohl die beiden Stoffe in verschiedenen Teilen der Zellen verwendet werden.

Zink wird für Enzyme im organischen Teil der Zelle benötigt, Silizium bildet die anorganische Schale. Zu erwarten wäre, dass sich der organische Teil der Kieselalge nahe der Wasseroberfläche zersetzt, die anorganische Schale in tieferen Wasserschichten. Dies würde zu unterschiedlichen Verteilprofilen führen – was aber nicht beobachtet wird. Die Forscher erklären sich dies deshalb damit, dass die Zersetzung der abgestorbenen Zellen nicht im Oberflächenwasser stattfindet, sondern erst in einer mittleren Tiefe, wohin die abgestorbenen Algenzellen absinken. Dort zersetzen sich sowohl die organischen wie die anorgischen Teile, und die beiden Spurenelemente werden in derselben Wassermasse freigesetzt.

Beiläufige Zinkaufnahme?

Weshalb Kieselalgen verhältnismässig viel Zink aufnehmen, obwohl ihr Bedarf an sich klein ist, ist laut dem ETH-Professor noch unbekannt. Eine mögliche Erklärung: Die Organismen besitzen Transportproteine, welche lebensnotwendiges Eisen in die Zelle befördern. Eisen ist im Meerwasser allerdings Mangelware. «Um möglichst viel Eisen aufzunehmen, sind diese Transportproteine möglicherweise hyperaktiv. Als Nebeneffekt nehmen sie zusätzlich unspezifisch zweifach positiv geladene Metall-Ionen auf, darunter auch Zink», erklärt Vance.

Zu wissen, wie Kieselalgen die Stoffkreisläufe in den Weltmeeren prägen, ist wichtig, um mögliche Folgen des Klimawandels einschätzen zu können. «Steigt aufgrund der globalen Erwärmung die Temperatur oder sinkt der Salzgehalt des Meerwassers, könnten sich auch die Meeresströmungen und damit die Verteilung von Spurenelementen und Nährstoffen ändern, was wiederum Kieselalgen und ihre biologische Aktivität betrifft», betont Vance.

Literaturhinweis

Vance D, Little SH, de Souza G, Khatiwala S, Lohan MC, Middag R. Silicon and zinc biogeochemical cycles coupled through the Southern Ocean. Nature Geoscience Advance Online Publication 06 February 2017. DOI: 10.1038/ngeo2890

Weitere Informationen:

https://www.ethz.ch/de/news-und-veranstaltungen/eth-news/news/2017/02/diatomeen-...

Peter Rüegg | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Geowissenschaften:

nachricht GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel
23.05.2018 | Helmholtz-Zentrum Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ

nachricht PM des MCC: CO2-Entzug aus Atmosphäre für 1,5-Grad-Ziel unvermeidbar
23.05.2018 | Mercator Research Institute on Global Commons and Climate Change (MCC) gGmbH

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Geowissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics