Cyanobakterienblüten können auch bei kälteren Temperaturen auftreten, sogar unter Eis

Massenentwicklungen von Cyanobakterien, sogenannte Blaualgenblüten, bedrohen weltweit immer wieder die Qualität von Gewässern und Trinkwasserressourcen. Cyanobakterien gelten als wärmeliebend, und massive Algenblüten werden hauptsächlich im Sommer gemeldet, wenn die Überwachung besonders eng ist.

Nun hat ein internationaler Forschungsverbund unter Beteiligung des Leibniz-Instituts für Gewässerökologie und Binnenfischerei (IGB) gezeigt, dass Cyanobakterienblüten auch bei kälteren Temperaturen – sogar unter Eis – auftreten können. Bleiben die Algenblüten unbemerkt, gefährden sie die Trinkwassergewinnung. Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Briefe über Limnologie und Ozeanographie.

Cyanobakterien – auch als Blaualgen bekannt – können Toxine produzieren und dem Wasser Sauerstoff und Wasserpflanzen das Licht für die Photosynthese entziehen. Cyanobakterienblüten bedrohen somit aquatische Ökosysteme und ihre Lebewesen sowie Trinkwasserressourcen und Badegewässer.

Diese Blüten stehen besonders im Kontext des Klimawandels im Fokus der Aufmerksamkeit, denn wärmere Wassertemperaturen über 25 Grad Celsius begünstigen das Wachstum von Cyanobakterien – so der bisherige wissenschaftliche Tenor.

Nun hat ein Forscherteam des internationalen Global Lake Ecosystem Observatory Network (GLEON) gezeigt, dass Cyanobakterienblüten auch in Seen bei relativ niedrigen Wassertemperaturen auftreten können, Dr. Kaitlin Reinl, Studienleiterin und Forschungskoordinatorin am US Lake Superior National Estuarine Research Reserve, sagt über die Bedeutung der Studie: „Blüten von Cyanobakterien sind komplex und herausfordernd. Die gängige Meinung über sie ist, dass sie es warm mögen, und in vielen Fällen ist das wahr. Es gibt jedoch immer mehr Hinweise darauf, dass diese Blüten auch in kalte Bedingungen.

„Das ist selbst für uns Forscher überraschend, weil es gegen die gängige Meinung verstößt. Unsere Studie unterstreicht die Notwendigkeit, Cyanobakterienblüten in kalten Gewässern zu verstehen und erinnert uns daran, dass biologische Prozesse in Seen auch bei kühlen Temperaturen sehr aktiv sein können.“

Kaltes oder warmes Wasser: Gleiche Arten von Gewässern und von denselben Cyanobakterienarten betroffen

Cyanobakterienblüten kommen am häufigsten in nährstoffreichen, „überdüngten“ Gewässern vor – egal ob in kalten oder warmen Umgebungen. Oft sind es die gleichen Arten von Cyanobakterien, die sowohl in warmem als auch in kaltem Wasser Massenblüten bilden. Diese weisen jedoch bestimmte Eigenschaften auf. Sie zeigen beispielsweise eine breite Temperaturtoleranz und haben spezielle Überlebensstrategien für kalte Temperaturen entwickelt – etwa Kälteschock- und Frostschutzproteine ​​oder eine kälteresistente Zellwand aus ungesättigten Fettsäuren.

„Einige fadenförmige Cyanobakterienarten sind im Winter selbst während eisbedeckter Perioden aufgrund ihrer Fähigkeit, sich an Bedingungen mit wenig Licht und niedrigen Temperaturen anzupassen, sehr häufig. Indem sie längere Zeiträume mit reduziertem Licht überleben, haben diese Taxa einen Wettbewerbsvorteil, wenn das Licht zurückkehrt Frühling“, erklärt IGB-Forscherin Dr. Stella Berger, Co-Autorin der Studie.

Auch die Aktivierung aus Ruhestadien kann ein Auslöser für Cyanobakterienblüten sein. Tatsächlich bilden einige Arten Ruhestadien, die auf dem Grund des Wassers liegen und erwachen, sobald sich die Umweltbedingungen ändern – selbst bei kälteren Temperaturen. Von Microcystis aeruginosa ist beispielsweise bekannt, dass am Boden lebende Bakterien die Ruhestadien dieser Cyanobakterien aktivieren.

Die Autoren klassifizierten drei Arten von Cyanobakterienblüten in kaltem Wasser, je nachdem, wie sie auftreten. Erstens, Oberflächenblüten, die bei kalten Wassertemperaturen initiiert wurden und andauern. Zweitens Cyanobakterienblüten, die in der sogenannten Thermokline auftreten, wo zwei Wasserschichten mit einem steilen Temperaturgradienten übereinander liegen und durch physikalische Prozesse an die Oberfläche gebracht werden. Und drittens Algenblüten, die bei wärmeren Temperaturen beginnen und bei kälteren Temperaturen andauern.

Die zweite Art von Cyanobakterienblüten, die in der Sprungschicht vorkommen, bleiben unentdeckt, weil sie in den tieferen Wasserschichten vorkommen. Stürme können diese an die Oberfläche bringen. „Das konnten wir vor einigen Jahren im Stechlinsee beobachten. Ein starker Sturm brachte die Wassersäule zum Zirkulieren, Cyanobakterien kamen massenhaft an die Oberfläche und verschlechterten die Wasserqualität des Sees für mehrere Wochen Klimawandel werden solche Ereignisse sicherlich häufiger auftreten“, erklärt IGB-Forscherin Dr. Mina Bizic, Co-Autorin der Studie. Dieses Phänomen wurde auch für den Zürichsee oder kleine Gletscherseen und Stauseen beschrieben.

Aber selbst wenn die Cyanobakterienblüten in den tieferen Schichten des Sees verbleiben, können sie das Ökosystem und die Gesundheit gefährden. So befinden sich beispielsweise Trinkwasserentnahmen oft weit unter der Wasseroberfläche, und unbemerkt können Cyanobakterienblüten das entnommene Trinkwasser dann mit Giftstoffen kontaminieren.

„Die Studie zeigt, dass das Paradigma ‚Cyanobakterien blühen gerne warm‘ durchbrochen werden muss. Für die Wasserüberwachung und -bewirtschaftung bedeutet dies, dass die Probenahme auf die kalten Jahreszeiten ausgedehnt werden sollte und dass wir die Algenblüte im Auge behalten müssen tiefere Wasserschichten, die für das Trinkwasser schädlich sein können“, sagt Co-Autor und IGB-Forscher Prof. Dr. Hans-Peter Großart.