Der Atlantik unter einem Mikroskop
Die Ozeane der Erde beheimaten ein komplexes Netz des Lebens, das sich durch eine enorme biologische Vielfalt auszeichnet, von Mikroorganismen – also Plankton – bis hin zu Meeressäugetieren. Die ozeanischen Ökosysteme sind essentiell für das Gleichgewicht der Erde: Sie regulieren das Klima und binden Wärme und Kohlendioxid. Sie produzieren auch Sauerstoff und Nährstoffe und liefern unschätzbare Ressourcen. Doch Umwelt- und Klimastressoren stellen eine Gefahr für die Resilienz dieser Ökosysteme dar, darunter Veränderungen der Wassertemperatur und des ozeanischen Strömungsprozesses, Überfischung und die Menge an Chemikalien im Wasser. Um die genauen Auswirkungen dieser Probleme zu erklären, müssen zunächst die komplizierten Mechanismen hinter den Reaktionen der Ökosysteme verstanden werden.
Einblicke in das ozeanische Mikrobiom
Mit Blick auf den Atlantik sollten über das EU-finanzierte Projekt AtlantECO die Geheimnisse und die Dynamik ozeanischer Ökosysteme mit modernsten Verfahren untersucht werden. „Wir haben Molekularbiologie mit Ökologie und Ozeanografie kombiniert, um die Wechselwirkungen zwischen Meeresorganismen und ihre Beziehungen mit der Umwelt zu erforschen“, erklärt der Projektkoordinator Daniele Iudicone. Das Team analysierte Metagenomdaten und deckte die geografische Verbreitung des Mikrobioms auf. Daraus ergaben sich zahlreiche Reaktionen auf den Klimawandel, die die CO2-Produktivität und den Export beeinflussen. Bei einer weiteren Studie wurden vermehrte Interaktionen zwischen Arten an den Polen entdeckt, das zeigt biomspezifische Anfälligkeiten. Meeresströmungen sind ein wichtiger Faktor für die Verbreitung des Mikrobioms. Grundsätzlich kann das Mikrobiom jede Stelle an der Oberfläche erreichen, doch die Wassertemperatur und Ressourcenverfügbarkeit wirken einschränkend. Daher könnten also die steigenden Meerestemperaturen die Bewegungen des Mikrobioms verändern und sich so direkt auf das Ökosystem auswirken. Mittels mathematischer Modellierung kartierten die Forschenden die Routen und den zeitlichen Ablauf der Mikrobiombewegung im Ozean in Korrelation mit der Temperatur.
Das Verhalten der Ozeane im Wandel
„Durch komplizierte Mechanismen tragen die Ozeane zum Klimawandel bei und reagieren gleichzeitig auf ihn. Die Analyse einzelner Faktoren wie der Temperatur reicht nicht, um die zugrundeliegenden Prozesse zu verstehen“, kommentiert Iudicone. Im Projekt AtlantECO wurden Daten zum Ozean und der Atmosphäre aus 25 Jahren untersucht und so unschätzbare Erkenntnisse zu langfristigen Entwicklungen gewonnen. Die Forschenden erkannten signifikante Veränderungen der ozeanischen Strömungsprozesse, der Wassertemperatur und des Salzgehalts. Die Ergebnisse von AtlantECO deuten darauf hin, dass diese Veränderungen die Verbreitung der Mikrobiomreichhaltigkeit im Atlantik tiefgreifend beeinflusst haben. Veränderungen der atmosphärischen Luftmuster über dem Ozean stören die normale Wechselwirkung zwischen dem Ozean und der Atmosphäre, die normalerweise als Stabilisator der Erdtemperatur dient. Diese Störungen wirken sich direkt auf die Reaktion der Ozeane auf die globale Erwärmung aus. Die Forschenden analysierten diese neuen dynamischen Muster und die Umweltfaktoren, die ihnen zugrundeliegen. So wurde ein umfassenderer Rahmen für die Bewertung der Genauigkeit von Klimamodellen und für die Vorhersage dieser Veränderungen aufgestellt. „Durch diesen Fortschritt sind präzisere Klimaprognosen möglich und unser Wissen zu den Umweltveränderungen wurde vertieft“, betont Iudicone.
Schutz der Meeresökosysteme
Die ozeanischen Mikrobiome werden von zahlreichen Schadstoffen beeinflusst, darunter Schwermetalle und Pestizide, überschüssige Nährstoffe aus der Landwirtschaft und Abwasser sowie Pharmaprodukte und Kunststoffe. Durch klimabedingte Temperaturschwankungen ist die Nährstoffversorgung reduziert, die Toxizität eskaliert und sauerstoffarme Zonen sind entstanden. Diese Stressoren wirken nichtlinear zusammen und beeinflussen das Meeresleben, insbesondere durch die verstärkte Belastung durch Flusseinträge und geänderte Niederschlagsmuster. In der Datenbank AtlantECO-BASE wurden ozeanbezogene Daten zusammengetragen, um Verständnislücken zu schließen und eine einzige Ressource zur Erforschung der Ozeandynamik und der Ökosysteme im Atlantik aufzustellen. Die AtlantECO-MAPS mit Prognosen bietet einen detaillierten Überblick über die Ozeandynamik und die Zusammenhänge, Mikrobiome und Mikroplastik. Zusammengenommen sollen diese Ressourcen als Grundlage für die Meerespolitik und Initiativen dienen, um eine bessere Bewirtschaftung der Ökosysteme des Atlantiks zu gewährleisten.
Schlüsselbegriffe
AtlantECO, Ökosystem, Temperatur, Mikrobiom, Plankton im Atlantik, Strömungsprozesse, Klimawandel, Salzgehalt, mathematische Modellierung, Datenbank