Eine Gruppe von Wissenschaftlern ging hinaus auf den zugefrorenen Michigansee, um etwas zu tun, was sie immer wieder in den Großen Seen getan haben: Wasser sammeln.
Sie bohrten sich an der Küste eines Parks in Green Bay, Wisconsin, vorbei, wo es ruhig genug war, um das Eis knallen zu hören, als Sonnenlicht die gefrorene Oberfläche erwärmte.
Aber zurück an Land fing alles an zu frieren. Stifte, die Hände der Menschen. Am besorgniserregendsten sind die Wasserproben.
Die Arbeit war Teil der ersten koordinierten Probenahme in allen fünf Großen Seen, um herauszufinden, was in einem der größten Süßwassersysteme der Welt im Winter passiert – etwas, worüber Wissenschaftler überraschend wenig wissen.
Der erste Versuch war nicht ohne Herausforderungen, aber die Forscher sehen die Arbeit als einen überfälligen und notwendigen Schritt zum Verständnis einer sich schnell ändernden Jahreszeit, in der Eis immer seltener werden könnte.
Mit der Beprobung von mehr als 30 Standorten vom Lake Superior bis zum Lake Erie werden einige Chicagoer Forscher nun eine Schlüsselrolle dabei spielen, die kleinsten Mitglieder der Seen zu verstehen – die einige der größten Rätsel aufwerfen.
Mikroben – einschließlich Bakterien und Viren – sind im Allgemeinen kleiner als das bloße Auge erkennen kann. Dennoch verfügen sie über erhebliche Macht, insbesondere da die Großen Seen auf den Klimawandel reagieren.
„Vielleicht haben wir projiziert, dass wir uns als Menschen im Winter irgendwie verkriechen und drinnen bleiben und Netflix schauen. Vielleicht macht also die ganze Biologie Winterschlaf“, sagte Maureen Coleman, außerordentliche Professorin für Geowissenschaften an der University of Chicago. „Aber das ist es eindeutig nicht.“
Coleman begann 2012 mit der ersten Langzeitstudie über Mikroorganismen der Großen Seen, die zur Entdeckung von Hunderten neuer Arten führte.
Ihr Labor wird Proben von den Great Lakes-Standorten analysieren, um sich ein besseres Bild davon zu machen, was die winzigen Wächter vorhaben. Die Analyse wird wahrscheinlich einige Monate dauern, sobald alle Proben eingetroffen sind, sagte Coleman, und dann werden die Wissenschaftler zusammenarbeiten, um die Ergebnisse zu verstehen.
„Es ist ein großartiger Endpunkt, weil wir Daten haben werden“, sagte Coleman. „Es ist auch ein großartiger Ausgangspunkt für viele zukünftige Arbeiten.“
„Mikroben machen ihr Ding“
Es kann schwierig sein, die Großen Seen im Sommer zu befahren, zwischen Wetterbedingungen, die sich aus einer Laune heraus ändern, und der Planung, die erforderlich ist, um hinauszusegeln. Im Winter kommt Eis, Schiffe legen an, Bojen werden gezogen. Forschung am Menschen erfordert wahrscheinlich eine gewisse Bündelung, ganz zu schweigen von einer starken Konstitution.
Während die Bedingungen für uns extrem sein können, sind einige Mikroorganismen möglicherweise an die Kälte gewöhnt, sagte Coleman. In den Tiefen des Lake Superior zum Beispiel wachsen Mikroben das ganze Jahr über aktiv, selbst wenn sie von kaltem Wasser und Dunkelheit umgeben sind.
„Das mag uns unwirtlich erscheinen“, sagte Coleman. „Aber dafür sind sie angepasst, also stört es sie nicht. So leben sie.“
In Bezug auf den Winter sagte Coleman, sie sei neugierig, ob es Erkältungsspezialisten gibt, und erwarte, dass „viele Mikroben ihr Ding machen werden“.
„Wir haben ein gewisses Gefühl dafür, wer in den Großen Seen in verschiedenen Tiefen und in verschiedenen Seen lebt“, sagte Coleman. „Jetzt sind wir gespannt, wie sich die Winter-Community im Vergleich zu dieser Frühlings- und Sommer-Community schlägt.“
Es gab bereits einige unerwartete Erkenntnisse.
„Es war eine Überraschung für mich zu erkennen, dass unter Eis vielleicht tatsächlich mehr Photosynthese stattfindet als ohne Eis“, sagte Coleman.
Licht kann Eis durchdringen, und das Eis beruhigt das Wasser darunter, was verhindern kann, dass sich photosynthetische Organismen auf den Seeboden mischen oder sich trübe Sedimente vermischen. Wie viel Photosynthese stattfindet, hat Auswirkungen darauf, wie viele Fische später im Jahr unterstützt werden können.
In Green Bay war das Wasser unter dem Eis hellgrün, sagte Coleman, und obwohl es wahrscheinlich keine schädliche Algenblüte war, war die Photosynthese in vollem Gange.
Colemans Labor sammelt seit Jahren mit der US-Umweltschutzbehörde in wärmeren Monaten Proben, die Forscher nun verwenden können, um Verbindungen zwischen winterlichen Bedingungen und dem herzustellen, was später passieren könnte.
„Es ist nicht nur auf den Winter beschränkt“, sagte Coleman. „Es gibt diese längerfristigen Auswirkungen.“
Unter den Proben, die aus dem Gefrierschrank kommen, werden einige in der Nähe des Apostle Islands National Lakeshore entnommen, wo unerwartete Algenblüten klares Wasser grün gefärbt haben. Blütenprädiktoren wären eine willkommene Entwicklung, da Wissenschaftler herauszufinden versuchen, warum potenziell giftige Blüten in einem See auftreten, der weitgehend von der menschlichen Fäulnis verschont geblieben ist.
Im Lake Michigan bietet die Verbreitung von invasiven Quagga-Muscheln ein Beispiel dafür, warum eine Basislinie wichtig ist, sagte Coleman. „Nach unserem Verständnis haben die Muscheln die mikrobielle Gemeinschaft gerade komplett verändert, aber wir haben keine Proben aus der Zeit vor der Quagga-Muschel, daher ist es schwer zu sagen.“
Wenn die Proben ins Labor kommen, wird die Analyse Schritte umfassen, darunter die DNA-Extraktion und die Sequenzierung eines Gens, das als Strichcode für verschiedene Arten dient, sagte Coleman. Sequenzen können dann zwischen Standorten sowie mit Frühlings- und Sommerproben verglichen werden, um festzustellen, ob es tatsächlich Erkältungsspezialisten gibt.
„Oh mein Gott, es ist gefroren“
Ein Loch im Eis, das sich über ein paar Meter in einem See mit einer Küstenlinie erstreckt, die sich über mehr als 1.600 Meilen erstreckt, wird kein vollständiges Bild zeichnen. Aber die Winterforschung war ein erster Schritt, sagte Michael Henson, ein Postdoktorand an der Universität von Chicago, der draußen auf dem Eis von Green Bay war.
„Dies ist ein aktives, lebendes, atmendes Ökosystem unter dem Eis, und es ist an der Zeit, dass wir damit beginnen, es so zu behandeln“, sagte er.
Um ein möglichst klares Bild von dem zu bekommen, was im Bay Shore Park in Green Bay vor sich ging, mit einer Temperatur im Teenagerbereich und einigen Eisfischern in der Ferne, war der ursprüngliche Plan, vor Ort zu filtern.
María Hernández Limón, Doktorandin an der U. of C., die es gewohnt ist, auf dem Lake Guardian, dem Forschungsschiff der EPA für die Great Lakes, Proben zu nehmen, sagte, die Reise erfordere mehr spontanes Denken.
„Es ist die Technologie, es sind die Protokolle, aber es ist auch so, dass wir Menschen nicht dazu bestimmt sind, bei kalten Temperaturen draußen zu sein“, sagte Limón. „Du willst dich schnell bewegen, aber deine Finger reagieren einfach nicht.“
Die Forscher stellten einen Filterapparat auf einem nahegelegenen Picknicktisch auf. Aber das Wasser gefror, als es durch die Leitungen floss. Die Gruppe bewegte sich vom Tisch auf die Ladefläche eines Lieferwagens und hoffte, etwas Wärme würde helfen.
Am Ende filterten sie das Wasser von Hand und pumpten es durch Spritzen, wie Sie es vielleicht in einer Arztpraxis sehen würden – nicht die einfachste Aufgabe mit Wasser aus Green Bay, einem Algen-Hotspot.
„Es gibt dort viele Lebewesen und sie sind ziemlich aktiv“, sagte Henson, was das Filtern erschweren kann.
Am Ende der stundenlangen Strecke draußen sammelte die Gruppe ihre Daten, auch wenn der Prozess anders ablief als gedacht.
„Oh mein Gott, es ist gefroren“, sagte Henson. „Das Thema des Tages.“
Trotz der Kälte verbrachte Limón einige Zeit damit, die gefrorene Weite zu bestaunen. Aber sie sei auch von einem mulmigen Gefühl erfüllt, sagte sie, „zu denken, dass es eine Zeit in meinem Leben geben wird, in der es vielleicht kein Eis mehr gibt.“
„Was auf den Seen passiert, trifft nach Hause“
Die als Wintergrab bezeichnete Beprobung geht auf einen Gipfel über winterliche Limnologie im Jahr 2019 zurück – die Erforschung von Seen –, der zu einem im letzten Jahr veröffentlichten Artikel führte, in dem es darum ging, was über sich ändernde Winterbedingungen bekannt ist und was dazu beitragen könnte, das vorhandene Wissen zu erweitern.
Da aufgrund menschlichen Handelns, vor allem der Verbrennung fossiler Brennstoffe, große Klimaveränderungen vorhergesagt werden, wird erwartet, dass die Wintererwärmung zu einer abnehmenden Eisbedeckung führen wird. Schon jetzt nimmt die maximale Eisbedeckung mit einer Rate von 5 % pro Jahrzehnt ab und es gibt insgesamt weniger Tage mit Bedeckung.
„Wenn wir über die Auswirkungen des Klimawandels nachdenken, trifft es uns, zu sehen, was auf den Seen passiert“, sagte Limón. „Wir sehen weniger Eisbedeckung. Wir sehen, dass die Winter milder sind.“
Was im Winter passiert, kann beeinflussen, was Monate später passiert, und Eisbedeckung spielt eine große Rolle. Aber, so die Studie, ist es schwierig, diese Folgen zu sagen oder zu verstehen, da es an Winterforschung mangelt.
„Wie können wir schließlich die Zukunft eines Ökosystems vorhersagen und verwalten, wenn wir nicht verstehen, wie es für einen Großteil des Jahres funktioniert?“ sagte die Studie.
Henson sagte, er erzähle den Menschen gerne, dass Mikroben die Ersthelfer sind.
„Sie werden uns am besten dabei helfen, vorherzusagen, wie das zukünftige Wasser aussehen wird, indem sie verstehen, wie sie sich verändern und wie sie von der abnehmenden Eisbedeckung beeinflusst werden“, sagte er. „Diese Arbeit ist entscheidend für uns, um zu verstehen, was passiert, wenn die Eisbedeckung aufhört und das Wasser warm wird.“
Für diejenigen, die rund um die Großen Seen leben, könnte eine wachsende Zahl von Forschungsergebnissen weniger Überraschungen durch ein System bedeuten, das Millionen von Menschen mit Trinkwasser versorgt, sowie eine Flucht vor heißen Sommertagen.
„Sie wollen nicht am Seeufer herumlaufen, nach links oder rechts schauen und überall einen riesigen Haufen grüner Algen sehen“, sagte Henson. „Und du kannst nicht schwimmen. Du kannst nicht aktiv teilnehmen. Du kannst dieses Wasser nicht trinken.“
Ted Ozersky, der Organisator des Winter Grab und außerordentlicher Professor an der University of Minnesota Duluth, sagte, dass die Probenahme insgesamt überraschend reibungslos verlief, abgesehen von Schluckauf wie Schneestürmen, die zu Verzögerungen führten.
Die University of Minnesota Duluth wird einige Proben zur Analyse aufbewahren und andere um die Großen Seen herum schicken, einschließlich zu Colemans Labor an der University of C.
Ozersky sagte, ein ermutigendes Ergebnis des Projekts sei die Zusammenarbeit zwischen Forschern mit unterschiedlichen Fachgebieten, die zusammenkamen, um eine noch ungelöste Frage zu beantworten: „Wie die Zukunft des Winters hier in den Großen Seen aussehen wird.“
©2022 Chicago Tribune.
Vertrieb durch Tribune Content Agency, LLC.