Rotalgen zerstören marine Ökosysteme – Coverstory der Zeitschrift "Science"

Die Erwärmung der Ozeane in gemäßigten Klimazonen führt zum Absterben der Seetangwälder. Gleichzeitig breiten sich Rotalgen zunehmend aus, beispielsweise auch im Norden Spaniens. Diese Transformation von dichten, hochaufwachsenden Seetangwäldern hin zu großflächigen Matten aus Rotalgen, wie sie auch im Golf von Main an der Ostküste der USA zu beobachten ist, hat gravierende Auswirkungen: Es kommt zu einem Verlust an biologischer Vielfalt, einer Veränderung des Energie- und Nährstoffflusses in den Riffsystemen sowie zu grundlegenden Veränderungen in der chemischen Ökologie der Küstenökosysteme.

Eine neue Studie, veröffentlicht in der renommierten Fachzeitschrift Science, zeigt erstmals auf, wie Rotalgen Chemikalien freisetzen, die junge Seetang-Pflanzen schädigen können. Dies haben ein Team um Shane Farrell und Doug Rasher am Bigelow Marine Laboratory in Maine sowie die Gruppe von Daniel Petras an der Universität Tübingen und der University of California, Riverside herausgefunden. Petras war 2021–2024 Leiter einer Nachwuchsgruppe im Exzellenzcluster CMFI an der Universität Tübingen, wo teile der Arbeit durchgeführt wurden. Laut den Forschenden entsteht eine besorgniserregende Rückkopplungsschleife: Mehr Rasen bedeutet eine erhöhte Produktion schädlicher Chemikalien, die die natürliche Erholung der Seetangwälder erschweren und deren Zusammenbruch weiter beschleunigen.

Diese chemisch vermittelte Wechselwirkung ist auch bekannt als Allelopathie. Die Forschenden bezeichnen es als chemische Kriegsführung. Die Studienergebnisse zeigen eindrucksvoll auf, wie der Klimawandel die Ökosysteme der Ozeane verändert und die Regeneration der Seetangwälder an der sich rapide erwärmenden Küste von Maine zunehmend erschwert.

An der Studie sind Forschende der University of Maine, der Universität Tübingen, des Perry Institute for Marine Science sowie der Harvard University beteiligt. In interdisziplinären Teams kombinieren sie umfangreiche Feldstudien, chemische Analysen und Laborexperimente, um die dynamischen Veränderungen in diesen wertvollen Ökosystemen besser zu verstehen.

„Es ist großartig zu sehen, wie unsere nicht zielgerichteten metabolomischen- Werkzeuge ein neues Licht auf die faszinierende chemische Komplexität werfen können, die durch sich verändernde Umgebungen wie invasive Algen verursacht wird“, sagt Petras. „Dies wird besonders aussagekräftig, wenn wir unsere chemischen Daten mit funktionalen Informationen, wie dem Überleben von Seetang, kombinieren.“

In einer Reihe von Laborexperimenten testeten die Forschenden anschließend die Auswirkungen aller im Wasser befindlichen Chemikalien in der Umgebung der von Rotalgen dominierten Riffe und der spezifischen Chemikalien, die von den fünf häufigsten Arten von Rotalgen freigesetzt werden, auf die Gametophyten, ein frühes Lebensstadium des Seetangs. Die Experimente zeigten, dass die Überlebenschancen der Organismen drastisch sanken – in einigen Fällen um bis zu 500 % –, wenn sie den von den Algen freigesetzten Chemikalien ausgesetzt waren. Dies bestätigt, dass die neue chemische Umgebung direkt für das Seetangsterben verantwortlich ist.

„Unsere Studie ist die erste, die zeigt, dass chemische Kriegsführung das Erholungspotenzial von Kaltwasser-Tangwäldern unterstützen kann. Und überraschenderweise sind einige der gleichen Arten von Molekülen, die wir bei Riffen in Rotalgen-Gebieten identifiziert haben, auch an der Erholungsdynamik von tropischen Korallenriffen beteiligt“, so Rasher. „Das zeigt, dass wir noch viel über die chemische Kriegsführung in Riffen der gemäßigten Zonen lernen können, über die beteiligten Organismen und Moleküle und darüber, wie dieser Prozess weltweit variiert.“

Frühere Arbeiten von Rashers Forschungsgruppe bestätigten, dass die Erwärmung der Ozeane der Hauptgrund für den Zusammenbruch der Seetangwälder im Golf von Maine ist. Die neuen Erkenntnisse zeigen, dass invasive Algenarten ein Ökosystem in einem degradierten Zustand halten können, und die Erholung des Seetangwaldes verhindern.

„Wenn sich die Algen erst einmal etabliert haben, reicht es nicht aus, die globalen Kohlenstoffemissionen einzudämmen und die Erwärmung der Ozeane umzukehren, um die Seetangwälder in Maine wiederherzustellen“, so Farrell. „Aufgrund dieser Rückkopplungsmechanismen müssen wir vor Ort eingreifen, um die Rotalgen zu entfernen, bevor sich der Seetang tatsächlich erholen kann.“

(Quelle: Pressemitteilung Bigelow-Labor/ Leah Campbell)