Die Sprache der Algen besser verstehen lernen

Können Algen sprechen? „Nun, obwohl sie weder Mund noch Ohren haben, kommunizieren Algen dennoch mit Artgenossen und mit anderen Organismen in ihrer Umgebung. Sie tun dies mit flüchtigen organischen Substanzen, die sie an das Wasser abgeben“, sagt Dr. Patrick Fink, a Wasserökologe am UFZ-Standort Magdeburg.

Diese chemischen Signale sind als BVOCs (biogene flüchtige organische Verbindungen) bekannt und entsprechen den Gerüchen in der Luft, mit denen blühende Pflanzen kommunizieren und ihre Bestäuber anziehen. Wenn sie von Parasiten angegriffen werden, setzen einige Pflanzenarten Gerüche frei, die die natürlichen Feinde der Parasiten anlocken.

„Auch Algen nutzen solche Wechselwirkungen und Schutzmechanismen“, sagt Fink. „Schließlich gehören sie zu den ältesten Organismen der Erde, und die chemische Kommunikation ist die ursprünglichste Form des Informationsaustauschs in der Evolutionsgeschichte. Allerdings ist unser Wissen auf diesem Gebiet noch sehr lückenhaft.“

Patrick Fink ist der korrespondierende Autor des kürzlich erschienenen Artikels in Biologische Bewertungenwo er den aktuellen Stand der Forschung zur chemischen Kommunikation von Algen zusammengefasst hat.

„Wir wissen zum Beispiel aus Laboruntersuchungen, dass einige Arten von Cyanobakterien Wasserflöhe in Schach halten, indem sie BVOCs im Wasser freisetzen. Dieses Signal wirkt offenbar abweisend und hat einen echten Mehrwert für die Algen, nämlich den eines effektiven Weideschutzes.“ “, sagt Finn.

Dagegen ist noch nicht geklärt, warum manche Süßwasseralgen, die als Biofilme beispielsweise auf Felsen oder Schalentieren wachsen, BVOCS bei der Beweidung durch Teichschnecken freisetzen. Denn: Diese chemischen Signale locken mehr Schnecken an. „Die Teichschnecken nutzen die BVOCs ganz klar zu ihrem Vorteil – aber welche Funktion sie für die Algen tatsächlich haben, ist unbekannt“, sagt Fink.

Ein Beispiel aus dem Meer: Eine Kieselalgenblüte ist ein wahrer Festschmaus für Ruderfußkrebse. Dieses reichhaltige Nährstoffangebot soll dafür sorgen, dass ihre Population später wächst. Dies ist jedoch nicht der Fall.

„Obwohl die Ruderfußkrebse gut ernährt sind, ist ihr Laich, den sie in ihrem Eiersack mit sich führen, ernsthaft gefährdet. Denn die BVOCS aus den Kieselalgen behindern die Zellteilung und stören so die Embryonalentwicklung“, erklärt Fink. „Auf diese Weise verhindern die Kieselalgen übermäßige Ausbeutung ihrer Nachkommen – wodurch die Erhaltung ihrer Art sichergestellt wird.“

Die Sprache der Algen wurde erstmals Anfang der 1970er Jahre bei Untersuchungen an Makroalgen nachgewiesen.

„Makroalgen – wie der auch von den Küsten Deutschlands bekannte Blasentang – vermehren sich, indem sie Gameten ins Wasser abgeben. Die männlichen und weiblichen Gameten setzen jeweils Pheromone frei, damit sie sich auch in den Weiten des Ozeans finden können“, erklärt Dr Mahasweta Saha, Meeresökologe am Plymouth Marine Laboratory (PML) in Großbritannien. „Das war der erste Hinweis darauf, dass Algen über chemische Signale kommunizieren und wichtige ökologische Funktionen erfüllen.“

Das Autorenduo weist in ihrer Veröffentlichung auf die vermutlich signifikante Wirkung von BVOCS innerhalb aquatischer Ökosysteme hin, identifiziert Wissenslücken und zeigt mögliche zukünftige Forschungsgebiete wie koevolutionäre Prozesse zwischen Signalsendern und -empfängern oder die Folgen von durch Menschen verursachten Umweltveränderungen auf Gewässer auf Ökosysteme.

„Algen bilden als Primärproduzenten die Lebensgrundlage aller aquatischen Nahrungsnetze“, sagt Fink. „Daher ist es wichtig, dass wir lernen, die chemische Kommunikation von Algen und ihre grundlegenden Funktionszusammenhänge in aquatischen Ökosystemen besser zu verstehen.“

Die Autoren glauben, dass ein besseres Verständnis der Sprache der Algen auch nützliche technische Anwendungen haben könnte, beispielsweise bei der Verwendung chemischer Signale zur Abschreckung von Parasiten, wodurch der Einsatz von Arzneimitteln in der Aquakultur reduziert wird. Ein besseres Verständnis der chemischen Kommunikationswege ist auch wichtig, um effizientere Umweltstrategien entwickeln zu können.

„Wir können Gewässer nicht schützen, wenn wir die Funktionsweise ihrer internen Regulationsmechanismen nicht verstehen“, sagt Fink. Erste Studien zeigen, dass der chemische Kommunikationsprozess von Meeresalgen durch die zunehmende Ozeanversauerung aufgrund des Klimawandels gestört wird.

„Außerdem ist es sehr wahrscheinlich, dass es zu Wechselwirkungen zwischen Mikroverunreinigungen menschlichen Ursprungs und den Algen-BVOCs kommen wird. Dadurch werden die über lange Zeit stabilen, fein ausbalancierten chemischen Kommunikationsprozesse gestört – was schwerwiegende Folgen für die Funktion der aquatischen Ökosysteme haben kann.“ “, warnt Fink.