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In der Ostsee transportieren Bakterien Kohlenstoff in in tiefere Wasserschichten
Winzige Cyanobakterien können offenbar mehr Kohlenstoff in tiefere Wasserschichten transportieren, als ihre geringe Größe vermuten lässt. Messungen in der Ostsee zeigen, dass bestimmte Bakterienstämme besonders häufig in absinkendem Material auftauchen, wenn sie größere Kolonien oder Zellverbände bilden. Damit zeichnet sich ein wichtiger Transportweg für die Biomasse dieser Mikroorganismen ab.
Stockholm (Schweden). Wenn Phytoplankton bei der Fotosynthese Kohlendioxid aufnimmt, gelangt der darin gebundene Kohlenstoff zunächst in die lebende Biomasse des Meeres. Ein Teil davon sinkt anschließend als abgestorbenes Material oder in größeren Partikeln in tiefere Wasserschichten. Dieser Transport ist ein wichtiger Bestandteil der biologischen Kohlenstoffpumpe, die den Austausch von Kohlenstoff zwischen Wasser und Atmosphäre beeinflusst.
Doch nicht alle Planktonorganismen können gleich gut absinken. Besonders rätselhaft war dies bisher bei den weniger als zwei Mikrometer kleinen Cyanobakterien der Gattung Synechococcus. Einzelne Zellen dieser Mikroorganismen sinken nur äußerst langsam, dennoch tauchen sie regelmäßig in Partikeln auf, die aus den oberen Meeresschichten in die Tiefe gelangen. Welche Eigenschaften diesen Transport ermöglichen, blieb weitgehend unklar.
Forscher des Karolinska University Hospital um Martin Ekman haben nun untersucht, wie sich die Unterschiede zwischen einzelnen Cyanobakterienstämmen auf ihren Transport in die Tiefe auswirken. Dafür analysierten sie Proben aus dem Landsorttief, einer langjährig überwachten Messstation in der zentralen Ostsee, und verglichen die Eigenschaften der dort vorkommenden Stämme.
Zwischen Ende Mai und Anfang September 2018 entnahm das Team ungefähr alle zwei Wochen Wasserproben aus den oberen 20 Metern sowie aus 25 und 75 Metern Tiefe. Zusätzlich sammelten Sedimentfallen absinkende Teilchen. Mikroskopie, Durchflusszytometrie zur Bestimmung der Zellhäufigkeit und genetische Analysen machten sichtbar, welche Cyanobakterien in den verschiedenen Proben auftraten.
Entscheidend war die Trennung des Probenmaterials nach Größe. Ein Filter hielt Teilchen von mehr als zehn Mikrometern zurück, in denen sich auch Verbände der viel kleineren Cyanobakterien befinden können. In einer zweiten Fraktion erfassten die Forscher vor allem einzelne kleine Zellen. Anhand genetischer Merkmale verglichen sie dann die Verteilung der verschiedenen Stämme.
Die kleinen Cyanobakterien stellten im Untersuchungszeitraum zeitweise bis zu 49 Prozent der gesamten Phytoplankton-Biomasse. Zwischen den einzelnen Stämmen zeigten sich aber deutliche Unterschiede. Genetische Varianten, die häufig in den größeren Partikeln vorkamen, waren meist auch in den Sedimentfallen besonders stark vertreten. Andere Varianten waren dagegen vor allem in der Fraktion einzelner Zellen vertreten.
„In dieser Studie haben wir gezeigt, dass sich die Aggregationseigenschaften der verschiedenen Picocyanobakterien-Stämme unter natürlichen Bedingungen unterscheiden und dass der Grad der Zusammenlagerung direkt bestimmt, wie viel Biomasse in die Tiefe transportiert wird. Da zu erwarten ist, dass Picophytoplankton in einem wärmeren und nährstoffärmeren, stärker geschichteten Ozean häufiger wird, ist es wichtig, die Mechanismen zu verstehen, durch die seine Biomasse in die Tiefsee gelangen kann, um künftige CO₂-Konzentrationen in der Atmosphäre vorherzusagen“, erklärt Martin Ekman.
Auch die Verteilung der Zellformen mit zunehmender Tiefe passt zu diesem Zusammenhang. In den obersten 20 Metern lag der mittlere Anteil koloniebildender Picocyanobakterien bei zwölf Prozent aller Picocyanobakterien. In 75 Metern Tiefe betrug er dagegen durchschnittlich 42 Prozent. Das deutet darauf hin, dass größere Zellverbände wesentlich eher in tiefere Wasserschichten gelangen als frei lebende Einzelzellen.
Die genetischen Untersuchungen stützen diesen Befund. Je stärker eine Variante unter den großen Partikeln vertreten war, desto häufiger fand sie sich im