Algen – ein Partyknaller

Beim Smalltalk gibt es viele ungeschriebene Regeln und individuelle Verhaltensweisen. Ein unschlagbarer Trick von Gewässerökologen um aus einer Smalltalk-Runde auszusteigen ist es, gnadenlos und aus dem Nichts heraus das Thema auf Algen zu lenken. Das interessiert niemanden und schon bald entfernen sich die Gesprächspartner mit entschuldigenden Worten. Sollte doch einmal jemand zuhören muss man trotzdem ein paar faszinierende Wissensbissen parat haben.

Erfahrungsgemäss generiert das Wort «Algen» eher eine Abneigung. Gemäss einer vor Jahren ausgeführten Google-Analyse wird der Begriff gehäuft im Frühjahr und Vorsommer gesucht. Also zum Zeitpunkt der Veralgungen in Biotopen. Während vor Jahren noch Hinweise zu «Algiziden» als bestes Resultat erschien, so sind heute Definitionen und biologische Erläuterungen wie auch Algen als Lebensmittel und Algen als grüne Energiequelle auf den ersten Positionen. Doch wer glaubt, dass dies ein Sympathiegewinn gegenüber Algen ist, irrt. Auch auf die Wortsuche wie ‚Pandabär‘, ‚Fisch‘ oder ‚Mord‘ kommen als beste Antworten immer die Definitionen und Worterklärungen. Es wurden also bloss der Algorithmus angepasst.

Algen leben nicht nur im Wasser, werden jedoch vor allem als glitschige grüne Suppe wahrgenommen.

Immerhin, Algen sind mehr als nur störende Organismen. Interessant ist nur schon – und dies als geeignetes Thema in der Badi – wie sich Algen vor der Sonne schützen. Je nach Bedingungen und Art bilden gewisse Algen neben dem bekannten Blattgrün (Chlorophyll) noch weitere akzessorische Pigmente. Bekannt sind z. B. die Karotinoide, also gelblich bis rötliche Farbstoffe, wie wir sie von den Rüebli kennen. Dazu gehören die Astaxanthine – Aussprache üben, das macht Eindruck bei den Zuhörern! – welche als UV-Schutz dienen können. So etwa bei Schneealgen (z. B. Chlamydomonas nivalis), welche den sogenannten Blutschnee bilden. Oder die Luftalgen der Gattung Trentepohlia, welche an Mauern, auf grossen Steinen wachsen. Oder gewisse Arten wie die Grünalge Haematococcus pluvialis (Blutregenalge), welche unter schlechten Lebensbedingungen rötlich gefärbte Dauerstadien bildet.

Sollte das Thema Sonnenschutz etwa «austrocknen» und gerade Lachshäpchen serviert werden, Päng!: ein Übergang zur Kulinarik ist ohne Weiteres möglich. Die Astaxanthine sind nämlich verantwortlich für die Rotfärbung der Krebstiere wie Krill, da diese solche rot verfärbte Algen fressen. Auch die zart rosa Färbung des Lachses entsteht dank dem erlaubten Futtermittelzusatzstoff Astaxanthin (2a161j). Die Futtermittelbuch-Verordnung (FMBV, SR 916.307.1) regelt den Einsatz genau. Und woher haben dann die Wildlachse ihre Färbung? Eben, von sonnenbadenden Algen. Und somit nochmals einen Anlauf beim Sonnencreme-Thema.

Marine planktische Algen schützen sich auch vor zu viel Licht. Sie haben aber eine ganz andere, viel komplexere Lösung gefunden. Diese Algen generieren im Wasser einen Stoff, genannt DMSP (Dimethylsulfidpropionat), welcher anschliessend im freien Wasser bakteriell zum gasförmigen Aerosol DMS (Dimethylsulfid) umgewandelt wird. Diese schwefelhaltige organische Verbindung gibt dem Meer den typischen Geruch. Das Gas DMS steigt in die Atmosphäre auf, wird dort oxidiert bis hin zu Schwefelsäure, welche zu Tröpfchen kondensieren, was letztlich zu Wolkenbildung führt. Die Algen sorgen so für Beschattung, vor allem über den Ozeanen der Südhalbkugel. Also mit diesen Ausführungen beeindruckt man an jeder Strandparty!

Ah, da wird Sushi herumgereicht! Also zurück zur Ernährung. Da haben Algen viel zu bieten: Das Nori zur Ummantelung der Reisbällchen beim Sushi ist natürlich eine Alge. Soll auch den Cholesterinspiegel senken. Unglaublich reich an Aminosäuren, Sterolen, Vitaminen und Mineralstoffen ist die marine Braunalge Laminaria japonica. Ihre Blätter können bis 3 m lang werden. Dank den Sterolen (Fucosterol) soll die Art Blutgerinsel (Thrombosen) verhindern. Das Thema ist abendfüllend!

Doch über Algen lässt sich auch mit Energiefreaks und Technik-afinen Personen sprechen. Arten der fädigen Grünalgengattung Cladophora, welche bei uns sehr häufig vorkommt, aber auch andere Algen, enthalten Zellulose. Diese Algen-Zellulose hat grosses Potenzial als Alternative zu Plastik, also als biologisch abbaubare Kunststoffmaterialien. Es können sogar Nanopartikeln gewonnen und High-Tech Filter produziert werden. Das macht natürlich Eindruck, wer hätte das von den Algen gedacht?

Ohne Weiteres schafft man auch den Wechsel vom Dauerthema Klimawandel zu den Algen. Etwa, weil die Algen in den Ozeanen sehr viel Kohlenstoffdioxid (CO2) binden. Geoingeenering ist das Schlagwort, wenn es darum geht, die Meere zu düngen, damit mehr Algen wachsen. Je nach Zuhörerschaft kann man dann die ökonomischen Aspekte – völlige Geldverschwendung! – oder die ökologischen Bedenken – Ökosystemkollaps! – erörtern. Aber Algen als Energielieferanten, sei es für Bio-Diesel, Bio-Ethanol oder Biomasse, werden in Zukunft an Bedeutung gewinnen. Hat man schon Algen-Benzin im Tank kann man sich ganz avantgardistisch geben!

Befindet man sich auf einer Kunstausstellung mit einem Publikum mit Sinn für Ästhetik? Auch dann: Algen sind faszinierende Organismen! Einfach schön, zumindest im Mikroskop betrachtet. Ganz attraktiv sind Zieralgen (Desmidiaceen, Desmidiales) oder Kieselalgen (Diatomeen, Bacillariophyceae). Beide Algengruppen zeitlos beliebt als fotogene Sujets bei Mikroskopievereinigungen, aber auch Inspiration bei der Schmuckherstellung und im Zusammenhang mit Architektur ein Hammer.

Aber wenn am Schluss doch noch die Ökologie durchdrückt: Kieselalgen wie auch andere Algen sind bekannte Bioindikatoren. Insbesondere die Kieselalgen sind im Süsswasser indikativ hinsichtlich Abwasser-, Nährstoff-, Salz- und Säurebelastungen. Und das aus Siliziumdioxid bestehende Skelett der Kieselalgen bleibt normalerweise über Jahrhunderte bis sogar Jahrmillionen (Baikalsee) im Seesediment erhalten, so dass mit gezielten Analysen eines Sedimentes die Trophiegeschichte eines Sees über die Zeit rekonstruiert werden kann.

Man sieht gleich: das Thema «Algen» wäre DER Partyknaller! Und doch findet es kaum Anklang. In der Schweiz gibt es ein paar wenige Algologen; viele von ihnen ältere Semester. Die Algen hätten Einiges zu bieten; wenn sie denn auch in den Fokus von Lösungen beigezogen würden. Mit dem Klimawandel werden subtropische Algenarten vermehrt in unseren stehenden Gewässern aufkommen und möglicherweise Probleme bieten. Sei es durch die Massenentwicklungen und/oder durch die Bildung von Toxinen; was die Bade- und Trinkwasserqualität wie auch die Haltung von Nutztieren beeinträchtigen kann. Die Zahl diesbezüglicher Schlagzeilen nimmt jedenfalls zu. Insofern gäbe es noch viele Themen, die nicht Smalltalk-Themen sind, sondern sehr konkrete, ernst zu nehmende Themen. Und von künftiger Bedeutung.

Den Algen selbst ist es egal, etliche werden aussterben, sind schon ausgestorben ohne dass es bemerkt wurde. Andere gebietsfremde Arten profitieren, verdrängen die einheimischen Arten, ohne grosses Aufsehen zu erregen. Wer weiss, vielleicht hilft ja der eine und andere Smalltalk beim richtigen Anlass, um den Algen zu mehr Bedeutung zu verhelfen.

Auf Artenjagd mit MESAV+

Nein, bei MESAV+ handelt es sich nicht um eine neuartige Waffe. Es ist die Methodik zur Erhebung der Wasserpflanzen- und Seegrundverhälnisse. Wenn es darum geht, neue Arten nachzuweisen, kann sie jedoch als Schützenkönigin bezeichnet werden.

Da hat es in den letzten drei Jahren gleich x-Mal eingeschlagen. Zuerst zwei Fliegen mit einer Methode, äh, Klappe: Chara denudata (Nackte Armleuchteralge, DD) und Tolypella glomerata (Knäuel-Armleuchteralge, EN) im Zürichsee wieder entdeckt! Im Folgejahr erneut zwei Volltreffer mit Chara tomentosa (Geweih-Armleuchteralge, VU) an zwei Standorten. Alle drei Arten wurden entweder noch nie in diesem Gewässer festgestellt oder sie wurden seit mehr als 70 Jahren nicht mehr nachgewiesen.

Nitella mucronata (Stachelspitzige Glanzleuchteralge, EN) wurde im Zürich-Obersee «entdeckt».

Und die Erfolgsmeldungen beschränken sich dabei nicht auf den unteren Zürichsee, auch im Obersee konnten jüngst drei Arten wiederentdeckt werden: Nitella mucronata (Stachelspitzige Glanzleuchteralge, EN), Nitella syncarpa (Verwachsenfrüchtige Glanzleuchteralge, EN) und Nitella opaca (Dunkle Glanzleuchteralge, VU). Alle diese Arten weisen einen Rote Liste Status auf, ihr Nachweis ist deshalb besonders wertvoll.

Lange verschollen und nun also wieder da! Nur systematische Untersuchungen haben das Potenzial, mit Zuverlässigkeit sehr seltene Arten (wieder) zu entdecken. Und der Nachweis von wieder auftretenden Characeen-Arten im Zürichsee ist bedeutend. Es ist ein biologischer Nachweis für die Gesundung des grossen Sees, welcher nach einer langen Phase der überhöhten Nährstoffbelastung wieder Lebensraum für empfindliche Wasserpflanzen bieten kann.


Der Wisent im Urner Reussdelta

Frühmorgens parkieren die Männer beim Seerestaurant Seedorf und trinken heissen Kaffee aus Thermoskannen. Ausgerüstet mit Feldstechern und Fotokameras ziehen sie los, einem der letzten grossen Säugetiere Europas auf der Spur. Werden sie heute endlich Glück haben? Schon seit Monaten ist die Suche nach dem Wisent im Urner Reussdelta erfolglos geblieben. Doch die Naturliebhaber wollen nicht aufgeben. Sie wissen es ist nur eine Frage der Zeit, bis sie den Europäischen Bison in dem kleinen Gebiet aufspüren.

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Zwei Wisent Bullen messen ihre Kräfte. Hier in Russland. Nicht im Urner Reussdelta. Bild: Alexandr Frolov

Nein, das mit dem Wisent im Reussdelta ist natürlich Quatsch. Die grossen Tiere, welche auch in den Schweizer Urwäldern verbreitet waren,  sind aus ganz Zentraleuropa verdrängt worden. Wildpopulationen kommen nur noch in Polen und Weissrussland vor. Doch es könnte rasch zu Situationen wie oben beschrieben kommen – zugegeben, etwas skurril überspitzt –, wenn beim Nachweis von Arten mittels eDNA keine saubere Plausibilisierung durch Fachexperten stattfindet.

Das Verfahren der Umwelt-DNA-Analyse kann bei der Artensuche sehr wertvoll sein.
Kann.

Das potenziell revolutionäre Verfahren der Umwelt-DNA-Analyse bedient sich molekularbiologischer Methoden, um Arten nachzuweisen. Dabei werden in verschiedenen Lebensräumen Proben entnommen, welche auch eDNA (environmental DNA) enthalten. Diese eDNA wird ständig von allen Lebewesen an die Umwelt abgegeben, etwa in Form von Haaren oder Kot. Da die DNA vieler Arten in Referenzdatenbanken vorliegt, können die Proben durch einen Abgleich einer Art zugeordnet werden. Doch ist es so einfach?

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Das Urner Reussdelta ist vielfältiger Lebensraum für allerlei Pflanzen und Tiere. Gibt es noch unentdeckte gefährdete Arten? Eins ist sicher: Der Wisent kommt hier nicht mehr vor.

Auch in kleinen Gewässern kann sich die Artsuche sehr schwierig gestalten. Kommt die Rote Liste Art vor?

Bei unserem Pilotprojekt «eDNA in den Gräben des Urner Reussdeltas» waren die hier vorkommenden aquatischen Tier- und Pflanzenarten von Interesse. Die eDNA aus den entnommenen Wasserproben ergab eine Artenliste – so weit so gut. Nun taugt die Zuweisung der Arten jedoch nur dann etwas, wenn die Qualität der Referenzdatenbank stimmt. Und um allfällige Fehler zu entdecken sind fundierte Artkenntnisse notwendig. Zugegebenermassen war es nicht schwer, den in der Artenliste aufgeführten Wisent (Bison bonasus) als Fehler zu identifizieren. Bei anderen, kleineren, im Verborgenen lebenden Arten – etwa einem Käfer – ist das schon schwieriger.

Das Beispiel zeigt: Einfach Proben entnehmen und die Artenliste vom Labor entgegennehmen, das reicht nicht. Kenntnisse über Arten und Lebensräume sind unabdingbar zur Plausibilisierung der Ergebnisse. Und auch zur Verbesserung der Referenzdatenbanken. Die Anwendungsmöglichkeiten der Umwelt-DNA-Analyse in der Gewässerökologie sind vielfältig. Und das Potenzial für Fehler auch, wie die enttäuschten Männer im Reussdelta bitterlich feststellen mussten.

Viel Wissenswertes zur Umwelt-DNA-Analyse ist im Artikel von AquaPlus mit dem Titel «Umwelt-DNA (eDNA) – die revolutionierte Artensuche» (Fauna Focus, August 2017) zu finden. PDF

«Insect Armageddon»: Artensterben auch im Bach?

Regelmässige Schlagzeilen wie «Bienensterben» oder «Auf der Wiese wird es still» zeichnen ein düsteres Bild für die Zukunft der Insekten. Dabei denkt man zuerst an Schmetterlinge, Bienen oder Grillen. Doch Insekten sind auch Wasserlebewesen. Sie kriechen, schwimmen und fressen dort, wo man kein Summen hört und keine haarigen Beine sieht. Wie geht es diesen aquatischen Organismen? Sind auch sie am Verschwinden?

Ein Sommertag am Weiher, Libellen patrouillieren dem Ufer entlang, Wasserläufer huschen über die Oberfläche und unten schwimmt flink ein Gelbrandkäfer. Sie alle verbringen, wie viele andere Insekten auch, mindestens einen Teil ihres Lebens im Wasser. Sie zählen zusammen mit Schnecken, Muscheln, Würmern oder Krebsen zu den sogenannten Wasserwirbellosen (Invertebraten) und spielen eine zentrale Rolle im Ökosystem Gewässer, bauen organische Substanz ab, fressen Algen oder Mückenlarven und stellen eine wichtige Nahrungsgrundlage für Fische und Vögel dar.

Viele Insekten sind Wasserlebewesen. Auch etwa die Larven der prachtvollen Libellen oder der grazilen Eintagesfliegen.

 

 

 

Libelle bei der Eiablage
Eine Zweigestreifte Quelljungfer (Cordulegaster boltonii) bei der Eiablage in ein Gewässer. Diese Libellenart ist wie viele andere auf saubere Gewässer angewiesen.

Wie auch an Land sind die Lebensräume vieler aquatischer Arten stark unter Druck. Neben reinem Lebensraumverlust werden die Wasserorganismen durch verschiedene Formen der Gewässerverschmutzung beeinträchtigt. Über Abschwemmungen oder Abwässer gelangt ein richtiger Cocktail an Schadstoffen aus der Landwirtschaft und der Siedlungsentwässerung in die Bäche, Flüsse und Seen. In den Fokus geraten sind aktuell die Pestizide – 2000 Tonnen jährlich werden in der Schweiz ausgetragen. Aufgrund von fehlenden Pufferstreifen und übermässigem Einsatz gelangt ein Teil davon zwangsläufig auch in die Gewässer.

Der Fachbereich der Ökotoxikologie befasst sich mit der unmittelbaren oder chronischen Wirkung von Schadstoffen und Schadstoffgemischen auf Lebewesen. Meist wird dabei mit Testorganismen wie Bachflohkrebsen, Muschelkrebsen, Würmern, Algen oder Wasserpflanzen gearbeitet. Untersucht wird die Wirkung auf die Vitalität der Organismen, die Entwicklung der Biomasse, die Nahrungsaufnahme, die Fortpflanzung oder die Verbreitung von Arten. Mit regelmässigen Bestandeserhebungen können zudem langfristige Auswirkungen und Entwicklungen festgestellt werden. Solche Monitorings helfen, nicht nur die Wirkung einzelner Schadstoffe, sondern auch die summarischen Wechselwirkungen verschiedener Stoffgemische feststellen zu können. Anders als bei den meisten ökotoxikologischen Tests, welche die kurzfristige, akute Toxizität von Einzelstoffen anschauen, kann mit Untersuchungskampagnen eine langfristig wirkende, chronische Beeinträchtigung von Stoffen oder Stoffgemischen festgestellt werden, welche häufig bereits bei sehr tiefen, kaum messbaren Konzentrationsbereichen auftreten.

Ökotoxikologie Frassverhalten Gammariden
Ergebniss eines in-situ Monitorings zur ökotoxikologischen Wirkung von Schadstoffen auf Bachflohkrebse: Je vitaler die Tiere sind, desto mehr von den Blattscheiben fressen sie.

Biologische Datenbanken sind unerlässlich, will man Aussagen über die langfristige Entwicklung von aquatischen Lebensgemeinschaften machen.

Neben den gewässerökologischen Erhebungen nimmt bei Langzeitmonitorings auch die Speicherung und Auswertung der Daten eine zentrale Rolle ein. Der Aufbau der dazu notwendigen Datenbanken mag zwar aufwändig und die Pflege sowie die Qualitätssicherung zeitintensiv sein, die daraus resultierenden Möglichkeiten für Gesamtauswertungen oder die Nachverfolgung von Entwicklungen über die Zeit (Zeitreihen sind insbesondere bei chronischen Beeinträchtigungen, wie sie beispielsweise durch Pestizide entstehen, umso wertvoller. Implementierte Schnittstellen zu anderen Datenbanken von Behörden oder nationalen Datenzentren ermöglichen zudem einen reibungslosen Datentransfer ohne unnötigen Informationsverlust.

Biologische Datenbank BIS AquaPlus
Neben fundierten Kenntnissen zur Artbestimmung und Ökologie der aquatischen Insekten sind auch biologische Datenbanken notwendig, um die Entwicklung der Lebensgemeinschaften zu analysieren.

Findet nun unter Wasser ein «Armageddon» statt, die «letzte Entscheidungsschlacht», wie dies für die Insekten der terrestrischen Lebensräume befürchtet wird? Um diese Frage zu beantworten wäre eine Erhebung an einer grossen Zahl von repräsentativen Untersuchungsstellen erforderlich und dies über längere Zeit (Monitoring). Doch auch heute schon könnten die bereits verfügbaren Daten in einer Flächenstudie zusammengetragen und systematisch ausgewertet werden. Unter anderem ginge es auch darum, den Verlust an «terrestrischen» Insektenarten in Verbindung zu bringen mit möglichen Implikationen durch «Verunreinigungen» im Gewässer, ist doch ein grösserer Anteil dieser Arten in der frühen Lebensphase an aquatische Lebensräume gebunden.

Links zum Thema:

Die Studie von Hallmann et al. (2017), welche die aktuelle Diskussion ins Rollen gebracht hat.

Beitrag «Das stille Sterben» im Beobachter vom 12. April 2018.

Artikel «Gefährdung von Vögeln: Die Schweiz ist Spitzenreiterin» in der NZZ vom 17. Mai 2018.

Zusammenstellung auf SRF zum Thema «Gute Nachrichten für Bienen – EU verbietet drei für Bienen schädliche Insektizide» vom 27. April 2018.

Studie «Der stumme Frühling – Zur Notwendigkeit eines umweltverträglichen Pflanzenschutzes» (2018) der Nationalen Akademie der Wissenschaften Leopoldina (D).

BAFU Webseite: Nationale Beobachtung Oberflächengewässerqualität (NAWA).

Die Kompetenzen von AquaPlus in diesem Bereich finden Sie hier.

Reaktionen auf die Studie von Hallmann et al. in internationalen Medien hier und hier.