Steuerung der Produktivität der Ozeane

Durch Satel­liten­beobach­tun­gen des Lichts, das mikroskopisch kleine Meere­spflanzen durch natür­liche Flu­o­reszenz freiset­zen, will das Pro­jekt „Ocean Glow“ bess­er ver­ste­hen, was die marine Primär­pro­duk­tiv­ität steuert. Außer­dem soll die glob­ale Überwachung und Mod­el­lierung ihrer klimabe­d­ingten Verän­derun­gen verbessert wer­den. Für diese inno­v­a­tive Forschungsidee erhält Dr. Thomas Brown­ing, Meeres­bi­ologe und Chemik­er am GEOMAR Helmholtz-Zen­trum für Ozean­forschung Kiel, einen der begehrten Start­ing Grants des Europäis­chen Forschungsrats (ERC).
Die kle­in­sten Organ­is­men im Ozean bilden die Grund­lage für alles Leben im Meer: Einzel­lige Meere­spflanzen, das Phy­to­plank­ton, pro­duzieren organ­is­che Stoffe. Sie ver­sor­gen das gesamte marine Nahrungsnetz, von dem let­ztlich auch der Men­sch abhängt. Die immense Fülle kann sog­ar vom Wel­traum aus betra­chtet und kartiert wer­den. Doch so deut­lich sicht­bar die Aus­bre­itung des Phy­to­plank­tons auch ist – es ist noch immer unklar, welche Fak­toren das Wach­s­tum reg­ulieren und wie diese durch Kli­maverän­derun­gen bee­in­flusst wer­den. Dr. Thomas Brown­ing, Meeres­bi­ologe und Chemik­er am GEOMAR Helmholtz-Zen­trum für Ozean­forschung Kiel (Deutsch­land), will mit Unter­stützung eines Start­ing Grant des Europäis­chen Forschungsrats (Euro­pean Research Coun­cil, ERC) in Höhe von 1,5 Mil­lio­nen Euro einen neuen Ansatz entwick­eln, um anhand von Satel­liten­beobach­tun­gen zu ermit­teln, welche Nährstoffe das Phy­to­plank­ton-Wach­s­tum begrenzen.

„Von den Mod­ellen, die derzeit zur Vorher­sage zukün­ftiger Auswirkun­gen des Kli­mawan­dels auf die Pro­duk­tiv­ität des Phy­to­plank­tons ver­wen­det wer­den, zeigen einige eine Zunahme und andere eine Abnahme. Solange diese Uneinigkeit existiert, lässt sich schw­er abschätzen, wie sich lebenser­hal­tende Funk­tio­nen des Ozeans wie die Nahrungsver­sorgung oder die Kli­mareg­ulierung in Zukun­ft entwick­eln wer­den.“ — Dr. Thomas Browning

Ergeb­nisse aus der Feld­forschung zeigen, dass die Pro­duk­tiv­ität der Ozeane stark von der Ver­füg­barkeit von Nährstof­fen abhängt, ins­beson­dere von Stick­stoff und Eisen. Um die Begren­zung des Phy­to­plank­tons durch die Nährstoff-Ver­füg­barkeit zu erfassen, waren bish­er Mes­sun­gen auf Forschungsreisen auf See nötig. Dadurch waren die Ein­blicke auf einzelne Zeit­punk­te und sehr kleine Teile des Ozeans beschränkt. Brown­ings Pro­jekt „Ocean Glow“ zielt darauf ab, einen Ansatz zu entwick­eln, um diese Beobach­tun­gen mit Hil­fe des vom Phy­to­plank­ton aus­ges­trahlten natür­lichen Flu­o­reszen­zlichts auf glob­ale Maßstäbe zu übertragen.
„Die Flu­o­reszen­zsig­nale kön­nten uns ver­rat­en, welche Nährstoffe das Wach­s­tum des Phy­to­plank­tons reg­ulieren. Aber derzeit sind sie dafür noch nicht gut genug ver­standen. Let­z­tendlich kön­nte es möglich sein, mit Hil­fe von Satel­liten­beobach­tun­gen der Flu­o­reszenz eine glob­ale Überwachung durchzuführen, um die Auswirkun­gen des Kli­mawan­dels zu beobacht­en und die Genauigkeit von Kli­mamod­ellen zu bew­erten“, sagt Dr. Brown­ing. „Dank der ERC-Finanzierung und auf­bauend auf früheren Arbeit­en am GEOMAR hof­fen wir, buch­stäblich neues Licht auf entschei­dende Fra­gen im Zusam­men­hang mit den Auswirkun­gen des Kli­mawan­dels auf den Ozean wer­fen zu können.“
Das vom ERC finanzierte Pro­jekt hat eine Laufzeit von fünf Jahren, begin­nend Mitte 2022, und umfasst drei neue Stellen für Postdoktorand*innen. Am GEOMAR wird eine neuar­tige Anlage für genau kon­trol­lierte Exper­i­mente entwick­elt, um die Flu­o­reszenz von vier weltweit rel­e­van­ten Phy­to­plank­ton-Arten unter ver­schiede­nen Nährstoff­be­din­gun­gen zu testen. Die Mes­sun­gen aus dem Labor wer­den dann auf Forschung­sex­pe­di­tio­nen mit Dat­en aus kom­plex­eren Plank­tonge­mein­schaften ver­glichen. In einem let­zten Schritt wer­den die neuen Infor­ma­tio­nen in Mod­elle inte­gri­ert und vorhan­dene Satel­li­ten­dat­en analysiert, um die Verteilung, Saison­al­ität und Verän­derun­gen der Nährstoff­be­gren­zung zu untersuchen.
„Wenn es uns wirk­lich gelingt, die Nährstoff­be­gren­zung anhand der von Satel­liten erfassten Flu­o­reszenz zu entschlüs­seln, wird ‚Ocean Glow‘ in dreifach­er Hin­sicht erfol­gre­ich sein“, betont Dr. Brown­ing. „Erstens wird das Pro­jekt dazu beitra­gen, beste­hende Erdsys­tem­mod­elle real­is­tis­ch­er zu machen. Zweit­ens kön­nen die Satel­li­ten­dat­en der ver­gan­genen 20 Jahre neu analysiert wer­den, um zu doku­men­tieren, wie der Kli­mawan­del die Pro­duk­tiv­ität der Ozeane bish­er bee­in­flusst hat. Und drit­tens wer­den wir beurteilen kön­nen, wie weit ver­bre­it­et die ver­schiede­nen Nährstoff­beschränkun­gen im Ozean bere­its sind. Dies wird ein Schlüs­sel zum Ver­ständ­nis der kün­fti­gen Auswirkun­gen des Kli­mawan­dels auf den Ozean und seine ver­schiede­nen Funk­tio­nen für die Men­schheit sein.“
Ins­ge­samt erhiel­ten in der aktuellen Förderungs-Runde 397 Nach­wuch­swis­senschaftler ERC-Start­ing Grants in ein­er Gesamt­summe von 619 Mil­lio­nen Euro. Auf die Auss­chrei­bung im Rah­men des Forschungs- und Inno­va­tion­spro­gramms „Hor­i­zont Europa“ der Europäis­chen Union gin­gen mehr als 4.000 Vorschläge ein, die von renom­mierten Forsch­ern aus aller Welt geprüft wur­den. Die aus­gewählten Vorschläge deck­en alle Forschungs­diszi­plinen ab, von medi­zinis­chen Anwen­dun­gen der kün­stlichen Intel­li­genz bis hin zur Gestal­tung ein­er rechtlichen Regelung für faires Influ­encer-Mar­ket­ing. Die Pro­jek­te wer­den an Uni­ver­sitäten und Forschungszen­tren in 22 europäis­chen Län­dern durchge­führt, davon 72 in Deutschland.