Fachbereich Biowissenschaften - Institut für aquatische Ökologie

Projekt: „Die Bedeutung des Spurenmetalles Eisen für Massenentwicklungen der Cyanobakteriengattung Nodularia an der deutschen Ostseeküste“

Förderung: Promotionsstipendium der Deutschen Bundesstiftung Umwelt (DBU)
Laufzeit: 01.07.2002 bis 31.06.2005
Bearbeiterin: Bianca Schubert

Was soll untersucht werden?

• Überblick über das Auftreten von Nodularia-Blüten
• Mikroskopische Zusammensetzung der Blütenereignisse
• Einfluss von Eisen auf die Physiologie der Cyanobakterien
• Einfluss von Eisenmangel auf die mRNA Expression des isiA Gens

Was soll untersucht werden?

Abb. 2: Verschiedene Formen von Nodularia-Fäden.

Ein fädiges Cyanobakterium Cyanobakterien werden oft auch als Blaualgen bezeichnet. Obwohl es sich um Bakterien handelt, wurden sie früher aufgrund ihrer relativen Größe und ihrer grünen Färbung für Algen gehalten. Nodularia gehört zu den fädigen Heterocysten- bildenden Cyanobakterien. Die Fäden bestehen aus einer Kette von Einzelzellen und können gerade, unregelmäßig geknäuelt oder spiralig gewunden sein (Abb. 2). Zu erkennen sind sie nur unter dem Mikroskop. Nodularia kommt unter anderem in der Ostsee vor, und bildet regelmäßig im Sommer ausgedehnte Blüten.

Warum sind Cyanobakterien ein Problem?

Neben dem ästhetischen Problem, das Massenansammlungen von Algen für Badegäste darstellen, sind Blüten von Cyanobakterien besonders unerwünscht.
Viele Cyanobakterien sind in der Lage, Toxine zu bilden. Wozu diese Toxinbildung dient, ist nicht genau bekannt. Das Toxin, das von Nodularia gebildet wird, ist ein Lebergift mit dem Namen Nodularin. Vereinzelt gibt es Meldungen über Vergiftungen von Rindern und Hunden (nach Ingestion des Wassers), die auf hohe Nodularia-Dichten zurückzuführen sind.

Massenvorkommen von Algen

Wie der Mensch, so benötigen auch Algen eine Vielzahl von Nährstoffen und Spurenelementen, um wachsen zu können. Diese Elemente benötigen sie in einem ausgewogenen Verhältnis. Ist eines der Elemente nicht mehr ausreichend vorhanden, so zeigen die Algen Mangelerscheinungen und können nicht mehr ungehindert wachsen. Daher sollten die Mengen der wichtigen Nährstoffe, die der Mensch in die Gewässer einträgt, reduziert werden um somit eine Reduktion der Algenblüten zu erreichen. Wichtig ist, welche Nährstoffverknappung zu einem Wachstumsrückgang der Algen führt.
Aufgrund von Heterocysten ist Nodularia weitgehend unabhängig von der Zufuhr von Stickstoffverbindungen aus dem Wasser. Daher treten Nodularia-Blüten vermehrt bei relativ niedrigen Konzentrationen an Stickstoff auf. Die Konzentration eines weiteren wichtigen Nährstoffes, des Phosphors, ist jedoch ein wichtiger Steuerfaktor für die Blütenbildung. Hohe Einträge von Phosphat in die Ostsee begünstigen daher Massenvorkommen von Nodularia.

Eisen als weiterer Steuerfaktor?

Ein weiterer, möglicherweise wichtiger Nährstoff, der bisher kaum beachtet wurde, ist Eisen. Obwohl die Ostsee im Vergleich zu anderen Gewässern, wie z.B. dem Pazifischen Ozean, ein vergleichsweise eisenreiches Gewässer ist, kann Eisen für Blaualgenblüten doch eine wichtige Rolle spielen. Aufgrund der komplizierten Chemie von Eisen in Wasser steht nur ein geringer Teil des vorhanden Eisens für die Algen zur Verfügung. Unter den Bedingungen einer Blaualgenblüte sollte aber ein erhöhter Bedarf an diesem Spurenmetall herrschen. Durch die hohe Konzentration von Algen an der Oberfläche herrscht eine hohe Konkurrenz um die Nährstoffe. Nodularia kann zwar den Nährstoff Stickstoff aus der Luft gewinnen, dieser Prozeß erfordert aber einen hohen Einsatz an Eisen. Inwiefern Eisen einen weiteren Steuerfaktor für die Bildung von Nodularia-Blüten darstellt wollen wir in unserem Projekt untersuchen.

Gene bieten Reaktionsmöglichkeiten

Um die Folgen einer Mangelsituation abzufedern stehen den Organismen in Form ihres genetischen Repertoirs verschiedene Möglichkeiten zur Verfügung. Dabei gibt es sowohl allgemeine Stressreaktionen als auch spezifische genetische Antworten auf bestimmte Stresssituationen , z. B. auf Eisenmangel.

Nachweis einer Mangelsituation durch Nachweis der mRNA

Von den genetischen Information, die in der DNA gespeichert sind, wird eine Kopie erstellt, die so genannte mRNA (siehe Abb.3). Diese wird dann in ein Protein übersetzt, welches wiederum dem Organismus ermöglicht, auf einen entsprechenden Umweltreiz zu reagieren und sich bestmöglich daran anzupassen. Erfolgt die Detektion einer spezifisch induzierten mRNA, lässt dies ggf. Rückschlüsse auf den Umweltreiz zu.
Dieser Weg soll im Rahmen unseres Projektes beschritten werden. Mit Hilfe des unter Eisenmangel bei Cyanobakterien aktivierten Gens isiA soll ein möglicher Einfluß von Eisenmangel bei Nodularia-Blüten in der Ostsee nachgewiesen werden. Anhand von vor Ort konservierten Proben und Laborexperimenten mit natürlichem Probenmaterial soll der Einfluß des Nährstoffes Eisen auf Nodularia-Blüten in der Ostsee untersucht werden.

Vorgehensweise und Bitte um Mithilfe

Für unsere Untersuchungen benötigen wir umfangreiches Probenmaterial. Da Blaualgenblüten oft nur lokal begrenzt auftreten, wir jedoch nicht ständig die gesamte Küste überwachen können, versuchen wir, mit Hilfe zahlreicher, engagierter Helfer, die im Bereich der deutschen Ostseeküste tätig sind, Kenntnisse von möglichst vielen Blütenereignissen zu erhalten.
In der Saison 2002 konnten auf diese Weise 48 Proben aus Blaualgenblüten gewonnen werden, in der Saison 2003 waren es sogar 75. Außerdem konnten 4 Versuche mit frischem Blütenmaterial durchgeführt werden. Im Jahr 2004 traten relativ wenige Blüten im Bereich der deutschen Ostseeküste auf, so dass nur ein Versuch durchgeführt werden konnte. Allen daran beteiligten Personen und Institutionen sei herzlich für ihre engagierte Hilfe gedankt.
Auch Sie können uns helfen! Falls Sie im Sommer regelmäßig an der Ostseeküste unterwegs sind und dabei eine Blaualgenblüte beobachten, können Sie uns mit einer Meldung ihrer Beobachtung helfen. Falls Sie Interesse haben, können Sie sich hier ein Informationsblatt mit den wichtigsten Hinweisen zum Erkennen einer Blaualgenblüte und den Kontaktadressen herunterladen.

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Informationsblatt (146 kB)