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Kreuzfahrtgäste sammeln Proben im Wasser – das ist „Edutainment“ im Urlaub.
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Kreuzfahrtgäste sammeln Proben im Wasser – das ist „Edutainment“ im Urlaub.

Meeresbiologie

Phytoplankton: Winzige Aliens aus der Tiefe

Mikroskopisch klein bevölkert es millionenfach die Meere: Phytoplankton. Die winzigen Organismen tragen entscheidend dazu bei, dass wir atmen können. US-Wissenschaftlerin Allison Cusick forscht in den Fjorden der Antarktis – und lässt sich vom Tourismus helfen

Als Allison Cusick das Netz aus dem Wasser zieht, beginnt das Gummiboot, über dessen Rand sie gerade lehnt, zu schaukeln. Beim Versuch die Wasserprobe zu greifen, schwappt es ihr eiskalt über die nackten Finger. Für einen kurzen Moment friert ihr Lächeln ein. Schon immer reizte Cusick das Abenteuer. Als Kind wollte sie Astronautin werden, von ihrem Zimmer in Seattle aus ins Weltall fliegen. Da passt es, dass dieser Ort auch „Weißer Mars“ genannt wird und die Gestalten, die mit im Boot sitzen, eingepackt sind, als würden sie sich gerade auf dem Weg ins All befinden.

Vor sieben Jahren war Cusick das erste Mal in der Antarktis, verbrachte 53 Tage im Rossmeer an Bord eines Eisbrechers. Seit 2017 kommt sie jeden Sommer. Dabei mag die 36-Jährige Kälte gar nicht so gern. Am kalifornischen Scripps Institution of Oceanography, Teil der Universität San Diego, arbeitet sie an ihrer Promotion. Ihr Thema: Phytoplankton in den Fjorden der Antarktis zwischen dem 63. und 67. Breitengrad.

Fjorde, vor allem die antarktischen, seien wissenschaftlich bislang nicht tiefgreifend auf Phytoplankton untersucht, so Cusick. Sie will herausfinden, welche Arten in den Fjorden auftreten und wie sich schmelzende Gletscher langfristig auf die Entwicklung auswirken. „Was ich erforschen will, ist, wovon die erste Phase von Leben, Phytoplankton, beeinflusst wird und was man daraus für die größeren Tiere ableiten kann.“ Schließlich ist Phytoplankton Nahrungsquelle für alles Leben, Anfang der maritimen Nahrungskette und Futtergrundlage von Krill, der Basis von Pinguinen, Robben und Walen. So ist es möglich, dass die Antarktis, deren etwa 13,9 Millionen Quadratkilometer großer Eispanzer keinerlei Nahrung bietet, einer der wichtigsten Futtergründe der Erde sein kann.

Wissenschaft in der Antarktis: Sind Phytoplankton kleine Aliens?

„Phytoplankton sind winzig kleine Organismen, die die meisten noch nie gesehen haben“, sagt Cusick. 1,5 Milliarden Jahre alt, einige die Basis für heutige Landpflanzen, mit einer komplizierteren DNA als die des Menschen. „Es sind keine Pflanzen, keine Pilze, keine Tiere und auch keine Bakterien, was sind das für Kreaturen? Vielleicht kleine Aliens, die irgendwann die Welt übernehmen?“ Cusick lacht. Sie hat ein Herz für verrückte Ideen, ist schon Marathon in der Antarktis gelaufen – verkleidet als Banane.

In der Bucht von Yankee Harbour hat sie das Netz eingeholt, an dem die Wasserprobe hängt. Das zum Forschungsboot umfunktionierte Zodiac, das lautlos im Fjord treibt, schaukelt auf den Wellen. In der Plastikflasche schwappt das gesammelte Meerwasser. Doch das ist – dreckig?! „Es blüht! Dabei dachte ich, jetzt ist noch nichts los“, ruft Cusick begeistert. Ihre Begleiter im Boot machen große Augen. „Normalerweise ist das Wasser unterm Eis blau und klar, aber während der Blüte ist es richtig grün.“ Mit „Blüte“ meint sie das Wachstum der Organismen, die sich dann massiv ausbreiten.

Trotz ihrer geringen Größe – ohne Mikroskop ist Phytoplankton kaum zu erkennen – haben die pflanzenähnlichen Organismen eine enorme Bedeutung. Dicht unter der Wasseroberfläche treibend, ziehen sie ihre Energie aus Sonnenlicht, betreiben Photosynthese. „Phytoplankton ist für die Produktion von mehr als 50 Prozent des Sauerstoffs der Erde verantwortlich“, sagt Cusick. Auf Satellitenbildern könne man das gut erkennen: Da sehen nicht nur Regenwälder grün aus, sondern das Meer rings um die Antarktis auch. Abgeschottet durch den Zirkumpolarstrom, der mächtigsten Strömung der Erde, die die Antarktis eisig hält, entsteht hier neues Leben.

Reich an Nährstoffen, vor allzu großen Wellenbewegungen geschützt und mit ausreichend Sonnenlicht sind die antarktischen Fjorde essenziell für das Wachstum von Phytoplankton. Nah unter der Wasseroberfläche: seine Brutstätte. Durch das Schmelzen der Gletscher fließt Frischwasser in den Fjord, das sich, weil es weniger dicht ist als Salzwasser, wie eine dünne Schicht auf die Wasseroberfläche legt. Wind und Strömung mischen die Schichten, so dass weiterhin Nährstoffe aus der Tiefe an die Oberfläche gelangen. Je nach Jahreszeit, Wassertemperatur, Salzgehalt – durch das Schmelzwasser sind antarktische Fjorde oft „frischer“, sprich weniger salzig – und Tiefe verändern sich Größe, Form und Art des Phytoplanktons. So finden sich kleinere Arten vom Frühjahr bis in den Herbst in den Fjorden, am meisten jedoch zu Saisonbeginn. Den Großteil der Biomasse machen größere Plankter aus, Diatomeen und Dinoflagellaten, Kieselalgen und Panzergeißler. Größere, beweglichere Phytoplankter haben den Vorteil, dass sie wandern können zwischen tiefem, nährstoffreichem Wasser und oberflächennahen Bereichen, wo sie Photosynthese betreiben. Besonders dominant seien Diatomeen wie Odontella Weissflogii, eine kissenförmige Kieselalge, erklärt Cusick.

Mit vor Kälte steifen Fingern protokolliert Allison Cusick die Daten.

Was die größte Eiswüste der Welt und ihre Fjorde so interessant macht: Veränderungen hier haben globale Folgen, sind wie ein Fenster in die Zukunft der Erde. Cusick liebt die Extreme, testet beim Tauchen oder Ultramarathon Grenzen aus. Da scheint es folgerichtig, dass sie am kältesten, windigsten und gleichzeitig trockensten Ort der Erde forscht. Hier aber liegt auch das Problem: Die Bedingungen sind extrem, Wissenschaft besonders teuer – allein das CTD, ein kleines orangefarbenes Gerät, mit dem sich Temperatur, Salzgehalt und Tiefe bestimmen lassen, kostet 6500 US-Dollar. Vor allem aber ist die Antarktis schwer zu erreichen. Und hier kommt der Tourismus ins Spiel.

„Du steckst deine Hand ins Wasser, füllst die Glasflasche, und meine Kollegin in Argentinien zählt dann, welche und wie viele Arten Phytoplankton enthalten sind“, erklärt Cusick, bevor die dick eingemummelte Passagierin der „Roald Amundsen“ die braune Flasche ins kalte Meerwasser taucht. Um die Schmelzwasserschicht zu identifizieren, haben die vier Laienwissenschaftlerinnen bereits Wassertemperatur, 0,8 Grad, und Salzgehalt, 33,9 PSU, per CTD bestimmt. Mit vor Kälte steifen Fingern protokollieren sie die Ergebnisse. „Der wichtigste Job beim Probennehmen ist das Protokollieren“, sagt Cusick, bevor sie eine schwarz-weiße Scheibe aus der Tasche holt. Teil drei der vierteiligen Messreihe. Stück für Stück gleitet die „Secci Disk“ an einem Maßband ins Wasser, Pinguine schwimmen vorbei. Das aber interessiert im Moment niemanden, alle Augen sind in die Tiefe gerichtet. Fünf Meter, sieben, zehn, dann wird es zu dunkel. 10,2 Meter liest Cusick ab. „Der Test zeigt, wie klar das Wasser ist, manchmal sieht man nur ein bis zwei Meter tief.“

Die Laienwissenschaftlerinnen, die Cusick assistieren, sind Passagierinnen einer Expeditionskreuzfahrt der norwegischen Reederei Hurtigruten. Wissenschaft gehört hier wie bei einigen Veranstaltern zum „Edutainment“. Für die chilenische Reederei Antarctica21 etwa ist Cusick als Guide und Wissensvermittlerin an Bord – für die Biologin eine Chance. Knapp 78 000 Touristinnen und Touristen bereisten in der Saison 2019/2020 die antarktische Halbinsel, Tendenz steigend.

Phytoplankton: Wissenschaftlerin erforscht kleine Aliens im Wasser der Antarktis

2016 entwickelte Cusick zusammen mit Martina Mascioni, Doktorandin aus Buenos Aires, unter der Leitung von US-Wissenschaftlerin Maria Vernet „FjordPhyto“, ein „Citizen-Science-Programm“, das Antarktistourismus einbezieht. Forschung sei hier besonders nötig. „Dabei helfen die zahlreichen Schiffe, die ohnehin fahren. Das senkt zum einen die Kosten, weil Forschungsschiffe teuer sind, und bringt neue Daten, auf die Wissenschaftler weltweit zugreifen.“ Außerdem könne man so Menschen für die Forschung begeistern. Citizen-Science-Programme wie „Happy Whale“, wo anhand der Fluken Wale verortet werden, das Wolkenbeobachtungsprogramm „Cloud Observer“ oder „eBird“, bei dem Seevögel bestimmt werden, zeigen, welchen Nutzen gemeinschaftliches Forschen haben kann. Das Geld für die Programme stammt aus Crowdfunding oder staatlichen Fördertöpfen. „Das ist ernsthafte Wissenschaft, eine Chance, Proben zu nehmen, keine Unterhaltung für Kreuzfahrtpassagiere.“

„Wenn später etwas veröffentlicht wird, steht euer Name mit dabei“, sagt sie augenzwinkernd zu ihren Hilfswissenschaftlerinnen, bevor der letzte Teil der Messreihe dran ist. Der Bootsmann startet den Motor, fährt kleine Kreise vor dem Gletscher, ein 20 Mikrometer feines Netz im Schlepptau. Cusick schaut auf die Uhr: Zehn Minuten sind um. Sie zieht das Netz wieder heran, verschließt die Probe, die auf dem Mutterschiff gefiltert wird. Ein Prozess, den sie mit Kaffeekochen vergleicht. Unterm Mikroskop gibt das, was gerade noch dreckig aussah, kleine Lebewesen preis. „Wunderschöne Kreaturen“, schwärmt sie über gelbliches Phytoplankton. Diatomeen, Kieselalgen, haben eine Hülle aus Siliziumdioxid und kommen häufig in Frischwasser vor – in dieser Probe sind es besonders viele. Warme Temperaturen, die viel Schmelzwasser in den Fjord gespült haben, vermutet Cusick.

Eine gute halbe Stunde hat die Messreihe gedauert, an deren Ende eine belastbare Datenreihe steht. Das sollen Protokoll und geschulte Guides sicherstellen, zusätzlich wird im Nachhinein auf Plausibilität kontrolliert. Verfälschungen kann es trotzdem geben: „Wenn wir ins Warme kommen, wachsen manche Arten explosionsartig“, sagt Cusick, „andere explodieren bei der Berührung mit dem Netz, was ich nicht verstehe, weil das Meer die ganze Zeit in Bewegung ist.“ Das betrifft jedoch nur die Probe, die per Netz gesammelt und an Bord gefiltert wird. Die zweite geht, abgefüllt in einer dunklen Glasflasche, gekühlt ins Labor.

Forschung in der Antarktis: Was ist eigentlich Phytoplankton?

Im November 2016 konnte die Biologin das erste Mal Proben für „FjordPhyto“ nehmen, zwei Schiffe beteiligten sich damals an dem Programm. Seitdem ist die Zahl der Schiffe und Proben stetig gestiegen – und es lassen sich erste Schlüsse ziehen. „Je nach Jahreszeit gibt es verschiedene Arten und Mengen Phytoplankton“, sagt Cusick. Die Bandbreite sei groß. „Manche haben Arme wie ein Kaktus, um Feinde fernzuhalten.“ Andere sähen aus wie Ketten, Sterne, Blüten oder Quallen. „Sie versuchen, nicht gefressen zu werden, sich zu verteidigen und zu fressen.“ Ihre Namen: Diatomeen, Dinoflagellaten, Cryptophytes. Zu Beginn des antarktischen Sommers, mit Spitzen im Dezember, herrscht Blütezeit. Wenn die Sonne am stärksten ist, Gletscher vermehrt schmelzen, verändert sich die Zusammensetzung des Wassers, das Phytoplankton geht zurück, bevor es im Herbst eine kurze zweite Wachstumsphase gibt.

Über die Wintermonate ist dagegen wenig bekannt, nur dass Mondlicht nicht genügt, um Plankton wachsen und Photosynthese betreiben zu lassen, zumal eine dicke Schicht Seeeis es von der Wasseroberfläche trennt. „Was wir wissen, ist, dass es überlebt, weil es an kaltes Wasser angepasst ist. Vielleicht fällt das Phytoplankton auf den Meeresboden und wird mit den Frühlingswinden wieder nach oben gespült“, sagt Cusick. Die Entwicklung weiter zu erforschen, ist Aufgabe der kommenden Saisons. Auch mit Blick auf den Klimawandel.

„Steigende Temperaturen und erwärmtes Meer werden Eis und Gletscher superschnell schmelzen lassen.“ Mehr Frischwasser werde die Dynamiken des Ökosystems beeinflussten, auch die Zyklen des Phytoplankton. Denn wärmeres Wasser mindert sein Wachstum, weil der Austausch zwischen nährstoffreichem Tiefenwasser und der lichtdurchfluteten Wasseroberfläche verlangsamt wird – die Nahrungskette gerät ins Wanken. Schon jetzt haben Wissenschaftlerinnen einen Rückgang bei auf Krill spezialisierten Adeliepinguinen bemerkt.

Kein gutes Zeichen für die Antarktis, findet Cusick. Auch weil sich das Interesse der Menschen und vieler Forschungen auf Lebewesen wie Pinguine oder Wale konzentriert. Dabei hätten die kleinsten Meeresbewohner viel mehr Aufmerksamkeit verdient. Sie schaut auf die blaue Weite. „Wenn ihr das nächste Mal am Meer seid, erinnert euch an den unsichtbaren Wald unter Wasser“, gibt sie ihren Wissenschaftlern mit auf den Weg. Mitunter findet man winzige Aliens – man muss nur genau hinschauen.

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