"Algen sind Alleskönner"

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Herr Professor Friedl, Sie teilen Ihre Leidenschaft für Algen mit dem Entertainer Friedrich Liechtenstein (Videoserie "Plan A" zum Thema Algen) und arbeiten als Algenforscher an der Universität Göttingen. Warum sind Algen so faszinierend?

Die große Vielfalt im Kleinen. Algen sind extrem schön – oft sieht man mit dem bloßen Auge nur einen grünlichen Belag, etwa auf dem Boden, oder eine grüne Watte-artige Masse in einem Gewässer. Erst im Mikroskop eröffnet sich sozusagen eine „virtuelle“ Welt mit faszinierender Formenvielfalt. Selbst „nur“ einzellige Algen sehen oft ganz verschieden aus und sind nicht nur grün, sondern können auch rot, blaugrün, braun oder gelbgrün sein. Man kann Algenproben aus der Umwelt stundenlang mikroskopieren und findet immer wieder neue Formen und Entwicklungsstadien der Algen.

Eine besonders erfolgreiche artenreiche Gruppe der Algen, die Kieselalgen, macht sich das zweithäufigste Element der Erde, Silizium, zunutze um schalenartige sehr stabile Zellwände zu bilden. So können die Kieselalgen nahezu jeden Lebensraum der Erde besiedeln. Die ältesten Algen sind näher mit Bakterien verwandt als mit den übrigen Algen: sie (die Cyanobakterien oder Blaualgen) haben sehr wahrscheinlich die Photosynthese erfunden, also den Lebensstil, aus dem CO2 der Luft, dem Wasser und wenig mehr als ein paar Nährsalzen, Biomasse aufzubauen. Die Algen haben den Sauerstoff in die Erdatmosphäre gebracht, d.h. ohne die Algen wäre Leben wie wir es heute auf unserem Planeten kennen, nicht denkbar.

Algen sind Alleskönner. Kleine zelluläre Kraftpakete, sogenannte cell factories. Sie sind sehr alt und hatten lange Zeit, sich an alle möglichen Lebensräume anzupassen und entsprechende Stoffwechselwege zu entwickeln. Das erklärt ihren großen Reichtum an wertvollen Inhaltsstoffen. Erst einen kleinen Bruchteil davon verstehen wir zu nutzen. Algen können theoretisch überall wachsen, d.h. es wird kein Agrarland verbraucht, man könnte mit Algen selbst in unwirtlichen Wüsten Wertstoffe produzieren, oft genügen ihnen sogar Abwässer und Kohlendioxid zum Wachstum, d.h. zur Produktion von Biomasse.

Jedoch ist ihre prozesstechnische Kultivierung, d.h. die Produktion in großen Mengen wie es zur Nutzung von Fettsäuren oder gar nachwachsenden Treibstoffen nötig ist, immer noch eine gewaltige Herausforderung für die Technik. Bisher ist es noch nicht gelungen, Algen im großen Maßstab so kostengünstig und mit energetisch geringstem Aufwand bei positiver Energiebilanz zu produzieren, dass es sowohl ökonomisch interessant als auch ökologisch vertretbar ist. In einigen Fällen, wie z.B. den vielfach ungesättigten Fettsäuren (PUFAs), sind Algen die einzige Quelle für diese Stoffe. Wir gewinnen die PUFAs heute noch aus Fischöl mit erheblichen negativen ökologischen Auswirkungen; die Fische nehmen die PUFAs aber aus den Algen im Meeresplankton (Phytoplankton) aus. Diese Quelle wird in kurzer Zeit nicht mehr zur Verfügung stehen und wir sind gezwungen, rechtzeitig Alternativen zu finden. Algen bieten sich hier als sinnvolle und nachwachsende Quelle an.

Pro Jahr landen 10 Millionen Tonnen Plastik im Meer. Was hat das mit den Algen zu tun?

Ein ganz wesentlicher Punkt ist, dass der Plastikmüll einen neuen Lebensraum für vor allem mikroskopische Algen darstellt. Algen besiedeln gerne die kleinen Plastikpartikel zusammen mit einer Vielzahl von Bakterien, man spricht von dem neuen Lebensraum als die „Plastisphere“. Welche Effekte die Interaktionen zwischen den Mikroorganismen der Plastisphere haben können, ist noch nicht abzuschätzen. Es könnten sich toxische Algen entwickeln, die Toxine an andere Meeresorganismen abgeben. Algen, die die Plastikpartikel in Küstenregionen besiedeln, werden durch die Meeresströmungen mit ihrem neuen Substrat über weite Strecken in ganz andere Meeresregionen verfrachtet, man spricht schon von „microbial hitchhikers“, die zu einer Verfälschung der Algengemeinschaften oder gar zu einer Verbreitung von Krankheitserregern führen könnte.

Mit dem Plastikmüll kommen die Stoffkreisläufe in den Ozeanoberflächen durcheinander, aber die genaueren Einzelheiten sind noch nicht erforscht. Der auf den Ozeanoberflächen treibende Plastikmüll nimmt den Algen im Oberflächenwasser Licht weg. Der Effekt wird durch Algen sogar noch verstärkt, d.h. Algen besiedeln auch die Plastikoberflächen und machen das Plastik zusätzlich dunkel und lichtundurchlässig. Als Folge kann sich weniger (Algen-)Phytoplankton entwickeln oder es treten neue weniger nahrhafte Algenarten oder u.U. sogar toxische Algenarten auf, die an weniger Licht angepasst sind. Beides hätte enorme Auswirkungen auf die Nahrungsketten. So könnten die Meere unter der dunklen Schicht von "Algenmüll" (Plastikmüll mit Algen darauf) langsam verhungern. Zudem greifen die Plastikpartikel, die sich langsam zersetzen, durch die Stoffe die beim Zersetzungsprozess freigesetzt werden, in die Artzusammensetzung der Algengesellschaften ein. Die natürlichen Algengesellschaften verändern sich hin zu wenigen und besonders angepasster Algen. Die Biodiversität verringert sich mit unabsehbaren Folgen für die Nahrungsnetze.

Wieso fressen so viele Meerestiere Plastik?

Die Plastikpartikel sind oft mikroskopisch klein. Es gibt sie übrigens auch im Süßwasser und sie sind in den Binnengewässern ebenfalls ein großes Problem. Die kleinen Plastikpartikel werden von mikroskopischen Algen besiedelt („Plastisphere“, siehe Frage 2) und sehen dann wie größere und nahrhafte Algen oder Algenkolonien aus, ja sie riechen sogar so wie echte Nahrung. Dann werden sie mit echtem Futter verwechselt, es kommt zu einem Fehlverhalten der Tiere. Entscheidend dabei könnte sein, dass Algen auf den Plastikpartikeln sogar bestimmte Signalstoffe ausscheiden, die Wasservögeln oder Fischschwärmen signalisieren bzw. vortäuschen, hier sei eine besonders ergiebige Futterquelle.

Wenn Tiere Plastik fressen, welche Folgen hat das?

Die Tiere können das Plastik ja nicht verdauen. Es ist sogar unklar, in welchem Ausmaß sie die mikroskopisch kleinen Plastikpartikel überhaupt ausscheiden können oder in wieweit sie in den inneren Organen der Tiere akkumulieren. Dann könnte es zu vielfachen Fehlfunktionen im Metabolismus der Tiere kommen, die schließlich zum Tod führen. Oder das Plastik verlässt den Magen-Darmtrakt nicht, die Tiere verhungern mit vollem Magen. Die Nährstoffe der „Plastisphere“ (siehe Frage 2) reichen nicht aus, die Tiere zu ernähren.

Warum sollte uns allen das Wohl der Algen wichtig sein?

Die Algen sind, weil sie als Primärproduzenten an der Basis der Nahrungsnetze stehen, wichtige Zeigerorganismen (Indikatoren) in wie weit ein Ökosystem noch ausgewogen funktioniert. Durch die Photosynthese überführen die Algen Sonnenenergie in chemische Energie und bringen die Sonnenenergie als chemische Energie, die dann anderen nicht photosynthetisch-aktiven Organismen zur Verfügung steht, in Ökosysteme ein. Geraten die Algen aus ihrem Gleichgewicht mit anderen Organismen, etwa durch hohe Nährstoffzufuhr durch menschliche Einflüsse, kommt es zu einem „Umkippen“ des Ökosystems. Die gestressten Algen bilden dann Toxine, die andere Organismen absterben lassen. Die Algen entwickeln sich in unnatürlich großen Mengen, die nach einiger Zeit absterben und von Bakterien zersetzt werden, die dafür dem Ökosystem Sauerstoff entziehen, es kommt zu Gärprozessen, die das Ökosystem absterben lassen. Man lässt die Algen also besser „in Ruhe“, d.h. sorgt dafür, dass sie im Gleichgewicht mit anderen Organismen leben können.

Die Plastikproduktion heizt den Klimawandel mit an. Wie wirkt sich der auf die Algen aus?

Die Verbrennung fossilen Kohlendioxids, etwa bei der Herstellung von Plastik aus Erdöl, führt zu einem ständigen Ansteigen des Treibhausgases Kohlendioxid in der Atmosphäre. Denn das ständig ansteigende Kohlendioxid kann nicht wieder durch Photosynthese-Prozesse gebunden und in organische Biomasse umgewandelt werden kann. Die Algen sind mit den riesigen Mengen an Kohlendioxid in der Atmosphäre überfordert.

Der Kohlenstoff, den die kalzifizierende Algen bisher gebildet haben und nach dem Absterben durch das Absinken der Algen in der Tiefe gebunden war, würde jetzt von anderen Algen, die nicht mehr kalzifizieren, gebunden werden, aber im Oberflächenwasser bleiben. Den Tiefen wäre nicht nur eine wichtige Nahrungsquelle entzogen, sondern es würden große Algenmassen im Oberflächenwasser angereichert werden, was auch einen enormen Sauerstoffbedarf nach sich ziehen würde. Durch die Erwärmung des Oberflächenwassers sinkt jedoch dessen Kapazität Sauerstoff zu binden. Es gäbe also weniger Sauerstoff im Meer bei gleichzeitig gestiegenem Bedarf an Sauerstoff.

Die Fragen stellte Laura Brönstrup - Redaktion Deutsche Umwelthilfe