Phytoplankton Ökophysiologie
Mission – Ziel unserer Forschung ist es, die Reaktionen des Phytoplanktons auf verschiedene Faktoren wie Erwärmung, Nährstoffmangel oder Ozeanversauerung zu messen, zu verstehen und vorherzusagen. Wir arbeiten damit im Kontext des Helmholtz Forschungsprogrammes "Changing Earth - Sustaining our Future". Hierbei fokussieren wir uns auf die Region, die am stärksten vom Klimawandel beeinflusst wird, den Arktischen Ozean. Indem wir molekulare und ökologische Prozesse abdecken, versuchen wir, die Beschränkungen und Kompromisse in den physiologischen Abläufen zu identifizieren, die für die Wettbewerbsfähigkeit der Arten entscheidend sind. Indem wir nicht nur die Natur (d. h. das Prozessverständnis), sondern auch die Vielfalt der Reaktionsmuster (d. h. die inter- und intraspezifische Plastizität) untersuchen, erhalten wir Informationen über die Widerstandsfähigkeit von Arten und Gruppen, was unsere Möglichkeiten zur Vorhersage floristischer und funktioneller Veränderungen verbessert.
Phytoplankton - Das Phytoplankton, einzellige photosynthetische Organismen, ist für etwa die Hälfte der weltweiten Primärproduktion verantwortlich. Indem es Kohlenstoff und Energie für höhere trophische Ebenen bereitstellt, erhält und gestaltet es die marinen Ökosysteme. Das Phytoplankton kann in verschiedene Funktionstypen unterteilt werden, die sich darin unterscheiden, wie sie die globalen Stoffkreisläufe beeinflussen. Der Export von Kohlenstoff und anderen Elementen ins Tiefenwasser und die Sedimente ist besonders effektiv für Arten, die in so genannten Blüten hohe Biomassen erreichen (siehe Satellitenbild). Jede Veränderung der Produktivität und der Artenzusammensetzung des Phytoplanktons wird weitreichende Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme und das globale Klima haben.
Globaler Wandel – Der Anstieg des CO2-Gehalts in der Atmosphäre hat zu grundlegenden Veränderungen der Meeresumwelt geführt (siehe Abbildung), die sich je nach unseren Emissionsszenarien noch verstärken werden. Erstens führt der CO2-Anstieg als Treibhausgas zu einer Erwärmung der Ozeane: Die Temperaturen der Oberflächengewässer sind im Durchschnitt bereits um 1,1°C gestiegen, wobei sich einige Regionen wie der Arktische Ozean am schnellsten verändern (IPCC 2022). Die Erwärmung und die damit einhergehende Auffrischung durch die Eisschmelze verstärken die Schichtung, was nicht nur die Nährstoffzufuhr aus tieferen Gewässern verringert, sondern auch das Lichtregime verändert, dem Phytoplankton in der flacheren oberen Mischschicht ausgesetzt ist. Zweitens gibt es ein Problem, das sich direkt aus dem CO2 ergibt: Da ein großer Teil des anthropogenen CO2 vom Ozean aufgenommen wird, steigen die Konzentrationen von CO2 und Bikarbonat, während die Konzentration von Karbonationen und der pH-Wert sinken, was auch als „Versauerung der Ozeane“ bezeichnet wird. Ebenso wie die Erwärmung sind auch diese Veränderungen in der Karbonatchemie in den Polarregionen aufgrund der höheren CO2-Löslichkeit bei niedrigeren Wassertemperaturen besonders ausgeprägt. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sich fast alle Umweltparameter gleichzeitig verändern werden, die allesamt wichtige Einflussfaktoren für die Produktivität und Artenzusammensetzung des Phytoplanktons darstellen.
