Cyanobakterien: Unter dem Mikroskop sind sie dekorativ, in Badegewässern eine Gefahr für die Gesundheit.
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WarnemündeSommer in Deutschland. Zur Freude der Urlauber an den Stränden herrschten lange Zeit Sonnenschein und hohe Temperaturen. Dadurch erreichte das Wasser angenehme Temperaturen. Ein richtiger Sommer hat jedoch seine Schattenseiten, denn diese Bedingungen gefallen auch den Blaualgen. Mit dem Hochsommerwetter kam ihre Blüte, wie das Landesamt für Umwelt, Naturschutz und Geologie von Mecklenburg-Vorpommern kürzlich warnte. Demnach waren auf Satellitenaufnahmen vor Dänemark und der Küste Mecklenburg-Vorpommerns große Algenvorkommen zu erkennen. Auch die Boddengewässer Rügens und das Stettiner Haff waren und sind von verstärkten Algenvorkommen betroffen.

Keine ungetrübten Badefreuden also, denn werden Blaualgen verschluckt, kann es zu Vergiftungen kommen. Außerdem lösen sie Hautreizungen aus. Wer dazu noch immungeschwächt ist oder offene Wunden hat, sollte in Zeiten der Algenblüte nicht baden gehen.

Blaualgenblüten in der Ostsee sind kein neues Phänomen. Dass sie auch in der Vergangenheit immer wieder unterschiedlich stark auftraten, konnten Forscher vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) jetzt anhand von Sedimentuntersuchungen nachweisen. Und es zeigte sich, dass womöglich weniger die Überdüngung der Ostsee ursächlich für das massenhafte Vorkommen der  Cyanobakterien – denn um solche handelt es sich bei den umgangssprachlich Blaualgen genannten Organismen – ist,  sondern vielmehr erhöhte Wassertemperaturen. Insofern könnte in Zukunft auch der Klimawandel ein wichtige Rolle spielen, wenn es um die Ausbreitung der Cyanobakterien geht. Die Experten veröffentlichten ihre bisherigen Forschungsergebnisse jetzt in der Fachzeitschrift Biogeosciences.

Den Ursachen der häufigen Blaualgenblüten versuchen die Meeresbiologen des IOW seit Jahren auf den Grund zu gehen. Neuerdings erhalten sie dabei Unterstützung durch ihre Kollegen aus der Sektion Marine Geologie. Die Forschung daran ist wichtig. Denn das massenhafte Auftreten der Bakterien verdirbt nicht nur den Badespaß von Urlaubern, weil sich das Wasser in eine gelbbraune Brühe verwandelt, sondern diese Organismen schaden auch dem Ökosystem. Sterben die Bakterien massenweise ab, sinken sie auf den Meeresboden und verbrauchen bei ihrer Zersetzung Sauerstoff. Es entstehen sogenannte tote Zonen am Boden der Ostsee. Diese extrem sauerstoffarmen und damit lebensfeindlichen Gebiete breiten sich in der mittleren Ostsee seit Jahrzehnten aus. Höheres Leben ist an diesen Stellen nicht mehr zu finden.

Das starke Auftreten von Cyanobakterien in der Ostsee ist zwar seit den frühen 1980er-Jahren gut dokumentiert, vor dieser Zeit aber wenig erforscht. Um das zu ändern, konzentrieren sich die Wissenschaftler auf zwei sogenannte Biomarker, die fast ausschließlich durch die in der Ostsee häufig vorkommenden Cyanobakterien der Gattung Aphanizomenon und ganz speziell durch Bakterien der Art Nodularia spumigena produziert werden. Die Substanzen heißen 6- und 7-Methylheptadecan. Dabei handelt es sich um Kohlenwasserstoffe, die von den Cyanobakterien aus Fettsäuren hergestellt werden.

Diese chemischen Verbindungen haben den großen Vorteil, dass sie sich auch innerhalb von Jahrtausenden nicht zersetzen und sich zudem mit einem überschaubaren Aufwand in Sedimentproben nachweisen lassen. Und über solche Nachweise wiederum können die Experten entsprechende Schlüsse für das Vorhandensein von Cyanobakterien in der Vergangenheit ziehen.

Die Warnemünder Forscher um den Meeresgeologen Jérôme Kaiser haben frisch sedimentiertes Material von Cyanobakterienblüten in der Gotlandregion der Ostsee ausgewertet. Sie prüften den Gehalt an Biomarkern im Verhältnis zu Menge und Masse der beprobten Cyanobakterien. Dieses Material war aus sogenannten Sinkstofffallen – große trichterartige Gefäße, die am Meeresboden verankert und mit Auftriebskörpern aufrecht im Wasser gehalten werden – gewonnen worden. Derartige Vorrichtungen sammeln alles, was in sie hineinfällt, getrennt nach einzelnen Wochen in Auffangbehältern.

Mithilfe von gut datierten Sedimentkernen erhält Jérôme Kaiser vom Leibniz-Institut für Ostseeforschung Warnemünde Einblicke in die Vergangenheit der Ostsee.
Foto: Kristin Beck, IOW

Hinzu kamen die Daten eines Sedimentkerns aus dem östlichen Gotlandbecken, die es ermöglichten, das Auftreten von Blaualgenblüten über den bisher beobachteten Zeitraum hinaus bis in das Jahr 1860 zu rekonstruieren.

Die Biomarker-Daten, sowohl aus diesem Sedimentkern als auch aus dem Sinkstofffallenmaterial, verglich das Team mit den Angaben zum Aufkommen von Cyanobakterien aus Monitoring-Programmen und Satellitenbildern der letzten 35 Jahre. Sie wiesen nach, dass die Biomarker generell die Anwesenheit von Cyanobakterien anzeigen. Das gilt vor allem für die Spezies Nodularia spumigena, die in der zentralen Ostsee häufigste Cyanobakterien-Art. Gleichzeitig können darüber hinaus auch grobe Aussagen über die Mengen der Organismen getroffen werden, wobei aber laut Kaiser keine klare Korrelation zu erkennen ist.

Dem Team um Jérôme Kaiser gelang es, innerhalb des auf 160 Jahre datierten Sedimentkernes durchgehend Cyanobakterien nachzuweisen. Bis 1920 aber in nur relativ geringer Häufigkeit, danach wechselten sich Perioden mit hoher und niedriger Häufigkeit ab.

Mit steigender Wassertemperatur erhöhte sich auch die Menge der Cyanobakterien

Allerdings konnten sie keinen signifikanten Anstieg in den 1950er-Jahren nachweisen, als die  Überdüngung (Eutrophierung) der Ostsee erheblich zunahm. Das heißt nicht, dass es überhaupt keinen Zusammenhang zwischen Nährstoffzufuhr und Algenblüte gibt. Jérôme Kaiser: „Vielleicht gibt es Aspekte im Verhältnis zwischen Nährstoffen und Cyanobakterien, die man in diesen Daten nicht sieht. Aber die Daten zeigen, dass die Variation der Cyanobakterienblüten nicht über die Nährstoffeinträge erklärt werden kann.“

Dafür zeigte sich aber eine deutliche Parallelität zur Entwicklung der sommerlichen Temperatur des Oberflächenwassers in der zentralen Ostsee. Stieg dessen Temperatur, erhöhte sich auch die Menge der Cyanobakterien. Der Meeresgeologe weist aber darauf hin, dass für das Auftreten der Cyanobakterien weitere Faktoren eine Rolle spielen: Wasserschichten, Wind- und Strömungsverhältnisse, Trübung des Wassers und Sonneneinstrahlung.

Mit diesen Erkenntnissen wagten sich die Wissenschaftler auch an einen 7000 Jahre umfassenden Sedimentkern aus der Bottensee, einem Becken im Norden der Ostsee zwischen Schweden und Finnland. Dieser Zeitabschnitt umfasst das Erdzeitalter des mittleren und späten Holozäns, eine warmzeitliche Epoche, die mit dem Ende der letzten Eiszeit begann. Für die heutige Klimaforschung ist sie besonders interessant, weil im Klimaoptimum des mittleren Holozäns die durchschnittlichen Temperaturen auf der Nordhemisphäre um 1 bis 1,5 Grad Celsius höher als heute waren – Temperaturen also, die der Klimawandel wieder bringen wird.

In einem entsprechenden Abschnitt des Bottensee-Sedimentkernes war der Gehalt an den Biomarkern bis zu 100-mal höher als in der heutigen zentralen Ostsee. Das legt häufige und starke Cyanobakterienblüten nahe – dort, wo heute die Biomasse der Cyanobakterien-Blüten vier- bis fünfmal geringer ist als in der zentralen Ostsee. Eine enorme Veränderung. „Die beiden Methylheptadekan-Biomarker sind für das gesamte Holozän einsetzbar“, fasst Jérôme Kaiser die Ergebnisse zusammen. „Sie haben uns gezeigt, dass Cyanobakterien drastisch auf Klimaanomalien reagieren können. In Anbetracht der anhaltenden Erderwärmung sollten wir das im Blick behalten.“