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Universitätsdruckerei

Säurestress

Im Exzellenzcluster »Ozean der Zukunft« wollen Kieler Physiologen auf zellulärer Ebene aufklären, wie marine Modellorganismen ihren Salzwasserhaushalt kontrol­lieren und mit Veränderungen des pH-Wertes umgehen.

Üblicherweise nehmen Professor Markus Bleich und sein Team vom Physiologischen Institut Zellen und Gewebe von Menschen, Mäusen und anderen Säugern unter die Lupe, um unbekannte Stoffwechsel­wege zu erforschen oder die Funktion spezieller Proteine aufzuklären. Für ihren Forschungsbeitrag zum »Ozean der Zukunft« haben sie sich jetzt einen Meeresorganismus vorgenommen: Emiliania huxleyi, kurz »Ehux«. Dieses weit verbreitete Phytoplankton gehört zur Familie der Coccolithophoridae, den (neben Korallen und Foraminiferen) mengenmäßig bedeutendsten kalkproduzierenden Organismen der Erde. Für die Forschung interessant ist diese Algenart, weil sie empfindlich auf eine Veränderung des Kohlendioxidgehalts des Meerwassers reagiert. Das Treibhausgas Kohlendioxid ist nicht nur relevant für unser Klima, es verändert auch die Meereschemie. Mit steigendem Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre nimmt auch der im Meerwasser gelöste Kohlendioxidanteil – die Kohlensäure – zu. Dadurch sinkt der pH-Wert, das Meerwasser wird saurer.

»Die pH-Veränderungen sind zwar bisher nur in der ersten Stelle nach dem Komma messbar, für Lebewesen, die sich den sehr stabilen Bedingungen im Ozean angepasst haben, kann das aber durchaus relevant sein«, erklärt Bleich. »So haben kalkbildende Organismen wie Emiliania huxleyi, aber auch Korallen, Muscheln und Krebstiere unter Kohlendioxid- Stress Schwierigkeiten, ihr Kalkskelett richtig zu bilden.« Die Kieler Physiologen versuchen am Beispiel von Ehux zunächst einmal herauszufinden, wie diese Organismen die Bausteine für ihr Kalkskelett aus dem Meerwasser aufnehmen, welche Mechanismen daran beteiligt sind und wie sie zum Beispiel das benötigte Kalzium transportieren.

Außerdem gehen sie den Fragen nach, wie die Algen ihren pH-Wert regulieren und wie Ionen transportiert werden. Hierfür verwenden sie die gleichen Techniken, mit denen sie zum Beispiel einen Ionenkanal in der Nierenzelle identifiziert und seine Funktion beschrieben haben. Bleich: »Meereslebewesen, Mensch und Maus sind gar nicht so weit voneinander entfernt, was die Funktionsproteine angeht. Beim Dornhai haben wir zum Beispiel festgestellt, dass er in seiner Rektaldrüse, über die er hochkonzentriertes Salzwasser ausscheidet, die gleichen Transportsysteme und Ionenkanäle hat, wie sie auch in der menschlichen Niere und im menschlichen Darm vorkommen. Wir wissen bei Säugern mittlerweile sehr gut Bescheid über Regulationsmechanismen, Funktionsproteine und die DNA, die dahintersteckt.«

Diese Erfahrungen und Kenntnisse wollen die Wissenschaftler jetzt nutzen, um die bisher kaum bekannten Regulationsmechanismen des Salz- und pH-Haushaltes von Meeresorganismen zu erforschen. Letztendlich geht es darum abzuschätzen, inwieweit die Meeresorganismen durch den erhöhten Kohlendioxidgehalt im Meerwasser in Wachstum und Entwicklung beeinträchtigt werden, oder ob sie in der Lage sind, die veränderte Meereschemie zu kompensieren.

»Was als Ergebnis oder als Prognose herauskommt, ist völlig offen«, betont Bleich. »Möglicherweise stellen wir fest, dass die Organismen prima kompensieren, weil sich die Veränderungen über einen relativ langen Zeitraum erstrecken, und dass das Ganze nur in der Nähe von Endlagerstätten für Kohlendioxid in der Tiefsee toxische Relevanz hat. Wahrscheinlicher ist allerdings, dass Organismen in bestimmten Entwicklungsstadien und beim Zusammentreffen von zusätzlichen Faktoren wie Temperaturerhöhung empfindlich reagieren, oder dass zum Beispiel Organismen, die auf die Bildung von Skeletten angewiesen sind, bei Anstieg des Kohlendioxidgehalts beeinträchtigt sind. Diese Überlegungen können wir aber nur anstellen, wenn wir wissen, wie die Organismen diesbezüglich überhaupt funktionieren.« (ne)

www.ozean-der-zukunft.de

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