Wie Hitzewellen das arktische Phytoplankton beeinflussen

Die Grundlage des marinen Nahrungsnetzes der Arktis, das Phytoplankton, reagiert auf Hitzewellen ganz anders als auf anhaltend hohe Temperaturen. Das zeigen erste gezielte Experimente zu diesem Thema, die kürzlich an der AWIPEV-Station des Alfred-Wegener-Instituts durchgeführt wurden. Das Verhalten des Phytoplanktons hängt vor allem von den Abkühlungsphasen nach oder zwischen Hitzewellen ab, wie eine gerade in der Fachzeitschrift veröffentlichte Studie zeigt Wissenschaftler machen Fortschritte.

Auch in der Arktis kommt es immer häufiger zu Hitzewellen, die wir in den letzten Jahren weltweit immer häufiger beobachten. Bei einer Hitzewelle erwärmt sich nicht nur die Luft, sondern auch das Meer: Die Temperatur liegt an mindestens fünf aufeinanderfolgenden Tagen deutlich über dem saisonalen Durchschnittswert. Doch wie sich diese kurzfristigen Temperaturschwankungen auf polare Organismen auswirken, bleibt weitgehend unklar.

Um diesen Aspekt aufzuklären, hat ein Team um Dr. Klara Wolf (Universitäten Hamburg und Konstanz) und Dr. Björn Rost vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) nun experimentell untersucht, wie einzelne Zellalgen, Phytoplankton, reagierten auf diese extremen Ereignisse. Angesichts der Rolle des Phytoplanktons als Grundlage des marinen Nahrungsnetzes könnten seine Veränderungen Auswirkungen auf das gesamte arktische Ökosystem haben.

In Inkubationsexperimenten an der AWIPEV-Station in Spitzbergen ließen Forscher natürliche Phytoplanktongemeinschaften im benachbarten Kongsfjord 20 Tage lang unter verschiedenen Bedingungen wachsen: normale und hohe, aber konstante Temperaturen (2 °C, 6 °C, 9 °C).

Zum Vergleich setzten sie das Phytoplankton wiederholten Hitzewellen unterschiedlicher Intensität (6 °C, 9 °C) aus, die jeweils fünf Tage dauerten, mit einer Abkühlungsphase von drei Tagen bei der saisonalen Durchschnittstemperatur (2 °C). zwei. In definierten Abständen wurden verschiedene Probentypen gesammelt, um physiologische Reaktionen und mögliche Artenveränderungen zu charakterisieren.

„Bei stabilen Temperaturen führte bereits ein extremer Anstieg um +7°C zu einem beschleunigten Wachstum und einer höheren Produktivität, wobei sich die Artenzusammensetzung auch über mehrere Wochen hinweg überraschend gering veränderte“, erläutert Wolf die Ergebnisse der Experimente.

„Im Gegensatz dazu sind die Auswirkungen von Hitzewellen wesentlich komplexer und folgen nicht dem gleichen Muster. Das bedeutet, dass unser Wissen über ständige Temperaturanstiege nicht ohne weiteres auf diese kurzfristigen heißen Phasen übertragen werden kann, die normalerweise nicht nur wenige Tage dauern.“ Tage.

Ein Grund für diesen Unterschied liegt offenbar darin, dass nicht nur die Einwirkung hoher Temperaturen einen großen Einfluss auf die Produktivität hat, sondern insbesondere auch die Abkühlungsphasen nach oder zwischen Hitzewellen – und diese Auswirkungen sind kaum bekannt.

„Wir fangen gerade erst an, ein mechanistisches Verständnis darüber zu erlangen, wie sich Hitzewellen auf Polarregionen auswirken können“, sagt Rost, Biologe am AWI. „Unsere Studie stellt einen wichtigen ersten Schritt dar und zeigt, welche Aspekte von Hitzewellen und welche Phytoplankton-bezogenen Prozesse wir genauer untersuchen müssen. Darüber hinaus zeigt unsere Studie, dass das, was wir über die Prozesse und Auswirkungen ständig steigender Temperaturen wissen, nicht einfach so sein kann.“ individuell angewendet werden.“

Tatsächlich können Szenarien mit schwankenden Temperaturen vielfältige Auswirkungen haben, weshalb die Vorhersage ihrer Auswirkungen schwieriger ist als im Fall einer anhaltenden Erwärmung.

Um bessere Prognosen und Modelle darüber zu entwickeln, wie sich die Primärproduktion und das arktische Ökosystem als Reaktion auf den Klimawandel verändern werden, wird es daher nicht ausreichen, die Auswirkungen der Durchschnittstemperaturen zu untersuchen; Die Auswirkungen von Temperaturschwankungen erfordern mehr Aufmerksamkeit. Wenn eine stabile Erwärmung auf eine bestimmte Temperatur die Produktivität erhöht, können einige Hitzewellen sie verringern, während andere sie erhöhen.

Ein besseres Verständnis der Auswirkungen von Temperaturschwankungen, insbesondere von Abkühlungsphasen, ist daher unerlässlich, um Vorhersagen über mögliche Veränderungen der Biodiversität zu verbessern. Die Phytoplanktonforschung ist hier von entscheidender Bedeutung, da Veränderungen an der Basis des Nahrungsnetzes Auswirkungen auf alle höheren trophischen Ebenen bis hin zur Fischerei haben können.