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MSM55 - ARCA

Gastbeitrag: Algen im Klimawandel - ein Bordexperiment

28.06.2016, 14:29

Arctic Carbonate Factories (Svalbard) - M.S. Merian 55

Janina Büscher arbeitet als Meeresbiologin am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel. Gemeinsam mit Armin Form führt sie in unermüdlichen Tages- und Nachtschichten an Bord der Maria S. Merian ein Experiment mit Kalkrotalgen durch, das sie hier erklärt.

Von Janina Büscher

Als zwei der wenigen Biologen an Bord wurden Armin und ich schon gleich bei den ersten beiden Tauchgängen mit dem Forschungstauchboot JAGO mit lebenden Proben der Kalkrotalge Lithothamnion glaciale versorgt, um möglichst zeitnah mit unserem Bordexperiment beginnen zu können.

Gleich taucht Janina Büscher mit JAGO-Pilot Jürgen Schauer ab.
Gleich taucht Janina Büscher mit JAGO-Pilot Jürgen Schauer ab. © Sebastian Teichert

Die Kalkrotalge Lithothamnion glaciale in Rhodolithen-Form.
Die Kalkrotalge Lithothamnion glaciale in Rhodolithen-Form. © Janina Büscher

Bei diesem knapp zweiwöchigen Experiment möchten wir herausfinden, wie sich die aus Kalk bestehende Rotalge unter sich verändernden Zukunftsbedingungen in Bezug auf steigende Temperaturen und erhöhte CO2-Konzentrationen, die mit dem Klimawandel einhergehen, verhält. Wird ihr Wachstum durch leichter löslichen Kalk bei erniedrigtem pH-Wert des Seewassers eingeschränkt? Können die gleichzeitig steigenden Temperaturen durch einen Anstieg der Stoffwechselrate die negativen Auswirkungen des Kohelstoffdioxid-Anstiegs kompensieren? Oder bekommen sie durch erhöhte Temperaturen selbst Probleme? Und: Sind sie vielleicht völlig unempfindlich gegenüber Klimawandel-Bedingungen, die bis Ende des Jahrhunderts erwartet werden, solange sie genügend Licht zur Photosynthese haben? Und wie sieht es dann in den Wintermonaten bei völliger Dunkelheit aus? Diese Fragen sollen durch unser Kurzzeit-Experiment an Bord im Ansatz beantwortet werden. Hierzu haben wir sogenannte Bioreaktoren in einem experimentellen Set-up in große Wannen, die als Wasserbäder fungieren, eingesetzt und in jeden Reaktor einen Rhodolithen, eine rosenartig ausgeprägte Rotalge aufgewachsen auf einem Stein, eingesetzt und mit unterschiedlichen CO2-Konzentrationen angereichert. Insgesamt haben wir drei sogenannte Treatments aufgebaut, bei denen wir mit drei unterschiedlichen CO2-Werten und drei verschiedenen Temperaturen in drei Kombinationen das Wachstum und den Metabolismus in Bezug auf die Veratmung bzw. Produktion von Sauerstoff durch Photosynthese untersuchen wollen.

Zwei der drei Temperaturtanks, in denen mit unterschiedlichen CO2-Mengen angereicherte Bioreaktoren eingesetzt sind.
Zwei der drei Temperaturtanks, in denen mit unterschiedlichen CO2-Mengen angereicherte Bioreaktoren eingesetzt sind. © Janina Büscher

Nach aufwendigem Aufbau-Prozedere mit Unterstützung der Crew und der Wissenschaftsmannschaft, zum Beispiel beim Verlöten von Kabeln für Unterwasserpumpen, die in den Bioreaktoren eine Wasserbewegung erzeugen, läuft das Experiment nunmehr stabil bei den unterschiedlichen Bedingungen. Das Licht wurde spezifisch nach den vorherrschenden Bedingungen auf knapp 50 m Wassertiefe, wo wir die Rhodolithen eingesammelt haben, eingestellt.

Im Tank ist ein Wasserbad für drei Reaktorblöcke mit jeweils fünf Bioreaktoren.
Im Tank ist ein Wasserbad für drei Reaktorblöcke mit jeweils fünf Bioreaktoren. Die Bioreaktoren eines Blocks werden jeweils mit einer bestimmten erhöhten Kohlenstoffdioxid-Konzentration gespeist, von gegenwärtigem CO2-Gehalt in der Luft (rechts) bis hin zu zwei verschiedenen CO2-Konzentrationen, die nach verschiedenen Modellen gegen Ende des Jahrhunderts zu erwarten sind. © Janina Büscher

Bald schon geht die Reise zu Ende und somit auch unser Bordexperiment. In Kürze werden wir Wasserproben aus den Bioreaktoren nehmen, um die Wachstumsraten über die Inkubationszeit hinweg zu bestimmen. Außerdem werden wir mit sensiblen Sauerstoffsensoren die Respirations- und Photosyntheseraten der Algen messen. Dies wird einmal für 24 Stunden bei in situ Lichtverhältnissen gemessen und anschließend bei totaler Dunkelheit für 24 Stunden, um die Polarnacht zu simulieren. Somit gewinnen wir (hoffentlich) Einblick darüber, wie die Kalkrotalge Lithothamnion glaciale mit den zukünftigen Klimabedingungen in den nördlichen Breiten zurechtkommt, und ob unterschiedliche Kombinationen von erhöhten Temperaturen und Kohlenstoffdioxid-Konzentrationen unterschiedliche Auswirkungen auf diese Rotalgenart haben.



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