Grüne Seeigel Strongylocentrotus droebachiensis. Foto: GEOMAR

15.11.2013

Ozeanversauerung: Schwer zu verdauen

Erster Beweis für Beeinträchtigung der Nahrungsumwandlung bei Meereslebewesen

15.11.2013/Göteborg, Kiel, Bremerhaven. Forscher aus Schweden und Deutschland haben erstmals gezeigt, dass Ozeanversauerung die Verdauung bei marinen Organismen beeinträchtigen kann. In Experimenten mit Larven des Grünen Seeigels Strongylocentrotus droebachiensis beobachteten sie, dass die Tiere ihre Nahrung schlechter verarbeiten, wenn sie in angesäuertem Wasser leben. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Nature Climate Change.

Kohlendioxid-Emissionen beeinflussen nicht nur unser Klima, sondern auch die Ozeane auf der Erde. Ein Viertel des Kohlendioxids (CO2), das durch menschliche Aktivitäten in die Atmosphäre gelangt, absorbieren die Meere. Dort reagiert das CO2 zu Kohlensäure, und Wasser wird saurer. Frühere Studien zeigten, dass marine Arten und Ökosysteme unter der Ozeanversauerung leiden können. Ihre empfindlichen Reaktionen wurden zwar auf eine Störung der physiologischen Prozesse zurückgeführt – Wechselwirkungen jedoch bisher nicht eindeutig untersucht. Wissenschaftler der Universität Göteborg (GU), der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU) sowie vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar -und Meeresforschung (AWI) fanden jetzt heraus, dass Ozeanversauerung die Verdauung bei Larven der ökologisch wichtigen Grünen Seeigel Strongylocentrotus droebachiensis reduziert. Ihre Ergebnisse veröffentlichten sie in der internationalen Fachzeitschrift Nature Climate Change.

Dr. Meike Stumpp, ehemalige Doktorandin am GEOMAR und der CAU, Erstautorin der Studie, setzte hochmoderne Mikro-pH-Elektroden ein und entwickelte als Postdoktorandin an der Universität Göteborg neue Testverfahren, um die Verdauung und Verdauungsenzyme der Larven zu untersuchen. Sie bewies, dass die Verdauung länger dauert und weniger effektiv ist, wenn die Larven in angesäuertem Seewasser leben. „Meine Messungen zeigten eine sehr starke Abhängigkeit der Verdauung vom pH-Wert“, erklärt Stumpp. „Die Enzyme in den Mägen der Seeigel funktionieren bei hohen pH-Werten optimal. Das unterscheidet diese Organismen eindeutig von Säugetieren, deren Magenflüssigkeit sauer ist und deren Enzyme bei niedrigen pH-Werten am besten arbeiten.“

„Im angesäuerten Wasser mussten die Larven mehr Energie aufbringen, um den hohen pH-Wert in ihren Mägen zu erhalten“, stellt Dr. Marian Hu fest. Der Co-Erstautor der Studie wies mit Antikörper-Färbe-Verfahren eine hohe Konzentration von pH-regulatorischen Zellen an der inneren Magen-Oberfläche nach. Kulturexperimente und Fütterungsversuche zeigten, dass die Larven deutlich mehr fressen, um die verringerte Effizienz der Verdauung zu kompensieren.

„Da sich frühere Studien vor allem auf das Verständnis der Kalkbildung konzentrierten, wurden andere lebenswichtige Abläufe wie Verdauung und die Regulierung des pH-Werts im Magen vernachlässigt“, urteilt Meike Stumpp. „Wir können nun zeigen, dass sie viel mehr Aufmerksamkeit verdienen.“ „Alle Lebensprozesse werden von Enzymen ausgeführt oder gesteuert. Sie sind der Schlüssel für das Verständnis der Funktionen und Reaktionen von Organismen und Ökosystemen in einer sich verändernden Welt“, ergänzt AWI-Wissenschaftler Dr. Reinhard Saborowski.

„Wenn die Organismen den zusätzlichen Energiebedarf, der sich durch die Ozeanversauerung ergibt, nicht durch die Nahrungsaufnahme decken können, wachsen sie eventuell schlechter oder sind weniger fruchtbar. Im Extremfall sterben sie“, unterstreicht Dr. Sam Dupont von der Universität Göteborg, Senior-Autor der Studie.

Die schwedischen und deutschen Forscher haben mehrere Jahre in die Entwicklung ihrer Techniken investiert. „Die Verdauung von Larven zu untersuchen, ist nicht einfach“, räumt Dupont ein. „Schließlich sind die Larven nur einen Fünftel Millimeter lang. Aber jetzt sind wir in der Lage, diesen wichtigen Prozess zu analysieren. So erhalten wir einen Eindruck davon, wie Seeigel-Larven auf zukünftige Lebensbedingungen reagieren könnten.“

Originalveröffentlichung:

Meike Stumpp, Marian Hu, Isabel Casties, Reinhard Saborowski, Markus Bleich, Frank Melzner, Sam Dupont: Nature Climate Change 2013: Digestion in sea urchin larvae impaired under ocean acidification doi:10.1038/nclimate2028

Die Autoren wurden von den folgenden Institutionen unterstützt:
Siebtes Rahmenprogramm der der Europäischen Kommission, Alexander von Humboldt-Stiftung, Königlich-Schwedische Akademie der Wissenschaften, Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“, BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification), Linnaeus Zentrum für Marine Evolutionsbiologie an der Universität Göteborg und die schwedischen Forschungsgemeinschaften Vetenskapsrådet und Formas.

Links:
Institut für Physiologie, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Department für Biologische und Umweltwissenschaften, Universität Göteborg, Schweden
Sven Lovén Zentrum für Meereswissenschaften, Kristineberg, Schweden
Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar-und Meeresforschung, Bremerhaven, Deutschland


Ansprechpartner:
Maike Nicolai (Kommunikation & Medien), Tel. 0431/600-2807, mnicolai(at)geomar.de