Marine Forschung

Ein süßer Schatz am Meeresgrund

Von Sonja Kastilan
05.05.2022
, 10:29
Diese Proben verraten, wie tief der Zucker verborgen liegt und welche Organismen ihn verwerten können.
Geheimer Kohlenstoffspeicher: Unter Seegraswiesen lagern große Mengen Zucker – fast unberührt von Mikroorganismen. Und wenn die marinen Weideflächen weiter schrumpfen, wird das den Klimawandel wohl noch anheizen.
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Zucker sind wichtige Treib- und Baustoffe der Natur. Blütennektar, reife Früchte, Speicherknollen oder auch Pflanzensäfte sind deshalb als Energiequellen begehrt. Dass sich nun ausgerechnet Seegras nicht nur als Habitat für allerlei Meeresorganismen in Küstennähe bewährt, sondern noch dazu ein süßes Geheimnis birgt – und als wahre Kohlenstoffsenke wirkt, davon berichten Wissenschaftler europäischer und amerikanischer Forschungseinrichtungen in „Nature Ecology & Evolution“.

Die Forscher haben im Wurzelbereich unter Seegraswiesen ungewöhnlich hohe Konzentrationen von Saccharose entdeckt, achtzigmal so viel, wie bisher im Meer gefunden wurde. Unter normalen Umständen würden sich Mikroorganismen darüber hermachen und diesen Zweifachzucker schnell verwerten, doch die Pflanzen setzen Substanzen frei, die das offenbar verhindern; auch mangelt es mit zunehmender Tiefe an Sauerstoff im Boden. Und wie sich gezeigt hat, gelingt es deshalb nur wenigen Mikroben, die Energiereserven im Sediment zu nutzen.

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Zuckervorrat für den Kampf gegen den Klimawandel

Über Seegraswiesen ist aus früheren Studien bekannt, dass Kohlenstoff dort fünfunddreißigmal so schnell in Form von Biomaterial gebunden werden kann wie in Wäldern an Land – und fast doppelt so viel auf gleicher Fläche. Allerdings geben diese weltweit zwischen 300.000 und 600.000 Quadratkilometer bedeckenden bedrohten marinen Weideflächen auch Kohlenstoffverbindungen ab, in Form von Methan etwa. Und nicht an jeder Küste können sie als Senke dienen, um dem Klimawandel Einhalt zu gebieten. Aber dort, wo sie auf Silikatsedimenten wachsen, speichern sie mehr Kohlenstoffdioxid, als sie abgeben. Mit ihrem Verschwinden, wie es derzeit an zahlreichen Standorten zu beobachten ist, verlieren also nicht nur Seepferdchen und zahlreiche andere Arten ihren Lebensraum, sondern die Welt außerdem eine wichtige Kohlenstoffdioxidsenke, deren Bedeutung für den Kampf gegen den globalen Klimawandel nicht zu unterschätzen ist.

In Seegraswiesen finden Seepferdchen Schutz. Doch ihre Unterwasserweiden sind bedroht, und damit verlieren viele Arten ihren Lebensraum.
In Seegraswiesen finden Seepferdchen Schutz. Doch ihre Unterwasserweiden sind bedroht, und damit verlieren viele Arten ihren Lebensraum. Bild: dpa

Dass Posidonia oceanica und wohl noch weitere Arten Zucker regelrecht im Boden versenken, konnte Maggie Sogin, die Erstautorin der aktuellen Studie, mit ihrer Forschungsarbeit im Mittelmeer vor Elba belegen. Und nicht nur dort: Der süße Schatz fand sich in verschiedenen Meeresregionen. Auch in der Karibik und in der Ostsee liegen große Zuckerlager verborgen, wie das Team unter Federführung von Nicole Dubilier und Manuel Liebeke vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie in Bremen festgestellt hat. Es wurden 570 Stoffwechselprofile analysiert, anhand von Proben, die aus nächster Nähe zum Seegras und bis zu 20 Meter Entfernung sowie aus mehreren Schichten stammten. Den neuen Schätzungen zufolge lagern weltweit zwischen 0,67 und 1,34 Millionen Tonnen Zucker – vor allem in Form von Saccharose, aber auch als Glukose, Trehalose und Mannitol – in der Seegras-Rhizosphäre; diese reicht etwa dreißig Zentimeter tief. Die Wissenschaftler berechneten, dass bis zu 1,54 Millionen Ton­nen Koh­len­di­oxid in die At­mo­sphä­re ge­lan­gen wür­den, könnten Mikroorganismen die Saccharose abbauen.

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Als Erklärung, warum die Pflanzen überhaupt so viel Zucker über die Wurzeln an den Boden abgeben und damit eigentlich Energie verschwenden, vermuten die Wissenschaftler evolutionäre Mechanismen, für die es osmotische Gründe gibt, weil sich die Pflanzen ans Salzwasser anpassen musste. Und sie vergleichen diese Reaktion mit einer Art Überlaufventil, wenn der Stoffwechsel der Seegräser auf sehr hohen Touren läuft, die Pflanzen aber gar nicht so schnell strukturelle Kohlenstoffverbindungen, etwa Zellulose, bilden können, wie sie per Photosynthese Zucker gewinnen. Tatsächlich variiert die Zuckerkonzentration im Sediment je nach Saison und Tageszeit, also abhängig von den Lichtverhältnissen. Aber auch ein Mangel an Stickstoff oder Phosphor begrenzt das Wachstum. So landet der überschüssige Zucker im Schlick, als süßer Kohlenstoffspeicher, über den aber die Mehrzahl der dort vorkommenden Mikroorganismen gar nicht verfügen kann. Als Hemmstoffe wirken Phenole, die vermutlich aus verrottendem Seegras am Meeresgrund stammen, sodass der Wurzelbereich mit Cichorien- und Kaffeesäure angereichert ist.

Die Analyse der Mikrobengemeinschaft zeigte, dass nur wenige den Zucker verwerten, und wenn, waren sie meist auch in der Lage, ohne Sauerstoff auszukommen – und die störenden Phenole zu zersetzen. Darunter sind stickstofffixierende Symbionten, von denen die Seegräser profitieren, die Saccharose könnte also durchaus auch ein Lockstoff sein. Anfang November 2021 hatte ein anderes Team des Bremer Max-Planck-Instituts in „Nature“ bereits über eine fruchtbare Wechselbeziehung zwischen Posidonia oceanica und dem Bakterium Candidatus Celerinatantimonas neptuna im Mittelmeer berichtet.

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Der bisher für solche Projekte genutzte Forschungsstandort auf Elba wird übrigens aufgegeben. Das Max-Planck-Institut geht eine Kooperation mit dem spanischen Meeresforschungsin­stitut Imedea ein und will auf Mallorca eine neue Außenstelle beziehen. Dafür wird derzeit der Leuchtturm von Portocolom hergerichtet.

Quelle: F.A.Z
Autorenporträt / Kastilan, Sonja
Sonja Kastilan
Redakteurin im Ressort „Wissenschaft“ der Frankfurter Allgemeinen Sonntagszeitung.
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