Einfluss der Nahrungskette auf Phytoplankton-Population

Eine Plankton-Gemeinschaft. Foto: Annegret Stuhr/GEOMAR (CC-BY 4.0)

Wer schon einmal an der Nordsee war, der weiß: Das Wasser hier ist fast nie strahlend blau. Meist erscheint es eher bräunlich und ist relativ trübe. Die Trübung entsteht durch mineralische und organische Partikel im Wasser. Dadurch schafft es nur wenig Licht durch das Wasser. Insofern ist es umso erstaunlicher, dass gerade in trüben Küstengewässern besonders hohe Konzentrationen von Chlorophyll auftreten. Diese sind durch Satellitenbilder sichtbar. Chlorophyll, das Blattgrün, ist hier ein Indikator für einzellige Algen beziehungsweise Phytoplankton. Phytoplankton benötigt Licht als Energiequelle wie Menschen die Nahrung. Wieso also kommt es hier trotz des wenigen Lichtes zu einer so deutlichen Anhäufung des Phytoplanktons?

Mit der Frage hat sich Prof. Dr. Kai Wirtz, Leiter der Abteilung Ökosystemmodellierung im Institut für Küstenforschung des Helmholtz-Zentrums Geesthacht (HZG) beschäftigt. Er untersucht die Küsten, indem er Computersimulationen entwickelt und einsetzt. Ihm fiel auf, dass die Ergebnisse der Modelle und die beobachteten Daten nicht zusammenpassten – gerade in Bezug auf das Phytoplankton. Die Erklärung dafür suchten Wissenschaftler meist beim Nährstoffangebot und der Wassertiefe. „Bisher sind hauptsächlich physikalische Parameter in die Modelle eingeflossen. Dazu gehören tägliche Dynamiken wie Ebbe und Flut, aber auch saisonale Gegebenheiten, Durchmischung des Wassers, Wellen etc.“, erklärt Wirtz.

Der neue Ansatz des Wissenschaftlers: biologische Faktoren müssen in den Computermodellen viel besser berücksichtigt werden

Krebstiere wie dieses Exemplar regulieren häufig die Phytoplankton-Population haben - werden sie selber aber stark gefressen, fehlt diese Regulation. Foto: Maarten Boersma/AWI

Seine Überlegung: Die Trübung bietet besonders kleinen Fischen Schutz vor Fressfeinden. Je mehr junge und kleine Fische dort leben, desto mehr Zooplankton, also tierisches Plankton, wird gefressen. Das wiederum ist positiv für das Phytoplankton, das pflanzliche Plankton: denn Zooplankton ernährt sich vom Phytoplankton. Das Phytoplankton hat so weniger Fressfeinde und kann ungestörter wachsen. Dieser Effekt der Nahrungskette hält sich relativ konstant über das Jahr hinweg.

Die Haupt-Blütezeit der Algen in der südlichen Nordsee ist ungefähr im April. Computersimulationen, die diesen Effekt der Nahrungskette berücksichtigen, sagen allerdings eine viel stärkere Frühjahrsblüte voraus als beobachtet. Deshalb hat Kai Wirtz einen anderen, neuen Faktor einbezogen: Virenerkrankungen des Phytoplanktons. Es funktioniert: Die Viren gleichen die extremen Schwankungen der Konzentration wieder aus.

Mit dem Einbezug der bekannten chemischen und physikalischen Faktoren sowie der beiden neuen Faktoren, den „Trübungsfischen“ und der Virenerkrankungen, passen die Ergebnisse der Simulationen von Kai Wirtz hervorragend zu den beobachteten Daten. Ähnlich wie die trübungsliebenden Jungfische wurden auch Viren schon häufig in Küstengewässern dokumentiert. „Trotz der Übereinstimmung und der Indizien, die dafürsprechen, sind das jedoch nur Hypothesen – die Ergebnisse müssten zunächst in sehr aufwändigen Messreihen und Feldstudien überprüft werden“, erläutert der Wissenschaftler.

Die Studie wurde in der Online-Fachzeitschrift PLOS ONE veröffentlicht:

Wirtz KW (2019) Physics or biology? Persistent chlorophyll accumulation in a shallow coastal sea explained by pathogens and carnivorous grazing. PLOS ONE 14(2): e0212143. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0212143