Laut zwei neueren Studien, die im Rahmen des Vanishing Glaciers Project durchgeführt wurden, unterliegen die Ökosysteme gletschergespeister Bäche weltweit einem tiefgreifenden Wandel. Das könnte große Auswirkungen auf die Nahrungskette und den natürlichen Kohlenstoffkreislauf haben.
Die Ökosysteme von gletschergespeisten Bächen haben Jahrtausende lang nährstoffarme und raue Umweltbedingungen überstanden, doch jetzt werden sie durch den Klimawandel in beispielloser Geschwindigkeit verändert. Das ist das Ergebnis zweier Studien, die von Wissenschaftlern des River Ecosystems Laboratory (RIVER) der EPFL veröffentlicht wurden, das Teil der School of Architecture, Civil and Environmental Engineering (ENAC) der EPFL ist. Die Studien wurden in Zusammenarbeit mit dem Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) der Universität Luxemburg und der King Abdullah University of Science and Technology durchgeführt. Die erste Studie hebt die Diversität und Anpassungsstrategien des Mikrobioms in gletschergespeisten Bächen hervor, während die zweite zeigt, dass sich der Abbau von organischem Material in gletschergespeisten Bächen beschleunigt und sich die Mikrobiomstruktur ändert, wenn die Gletscher schrumpfen. Da organisches Material schneller abgebaut wird, können gletschergespeiste Bäche für den natürlichen Kohlenstoffkreislauf an Bedeutung gewinnen.
Von grünen Oasen bis zu Wäldern
Der Klimawandel verlängert die Frühlings- und Herbstsaison in gletschergespeisten Bächen. Laut der ersten Studie, veröffentlicht in Naturkommunikation, hat diese Verschiebung große Auswirkungen auf das Mikrobiom des Ökosystems, das bisher für kurze Zeiträume im Frühjahr und Herbst einer „grünen Oase“ gleicht. In Zukunft könnte das Mikrobiom eher zu einem „Wald“ werden. „Diese Jahreszeiten sind wichtige ökologische ‚Fenster der Gelegenheit‘ in gletschergespeisten Bächen mit weniger rauen Umweltbedingungen. Dadurch können sich Primärproduzenten vermehren, und sie bilden die Energiebasis der mikrobiellen Nahrungskette“, sagt Prof. Tom Battin, der Leiter von RIVER und dem korrespondierenden Autor für beide Publikationen.
Zusätzlich zu dieser Entdeckung wirft die Studie ein neues Licht auf das, was bisher eine Black Box war: das Mikrobiom innerhalb dieser Ökosysteme. Die Wissenschaftler haben nun ein besseres Verständnis dafür, wie die verschiedenen Mikroorganismen in solch einer nährstoffarmen Umgebung mit abwechselnden Perioden von Gefrieren, Schmelzen und starker UV-Strahlung miteinander konkurrieren oder sich gegenseitig helfen zu überleben.
Schleimige Megastädte
Die Wissenschaftler deckten auch mögliche metabolische Wechselwirkungen zwischen Algen und Bakterien auf und zeigten, dass Biofilme Futterströme intern recyceln können. Dies scheint eine wichtige Anpassung zu sein, um in einem energiearmen Ökosystem zu überleben. „Wissenschaftler auf unserem Gebiet neigen dazu, Biofilme ‚schleimige Megastädte‘ zu nennen, da sie Millionen von mikrobiellen Bewohnern beherbergen, die in Schleim eingekapselt und an Felsen befestigt sind“, sagt Battin. „Wir konnten beobachten, wie die verschiedenen Arten zusammenarbeiten, um zu überleben.“ Weitere wichtige Entdeckungen des RIVER-Teams waren ein unerwartet reichhaltiges Virom und genomische Merkmale, die erklären könnten, wie Bakterien sich gegen Gletschertemperaturen schützen können.
Beschleunigung des Kohlenstoffkreislaufs
In der zweiten Studie, erscheinend in Biologie des globalen Wandelsstellten die Wissenschaftler fest, dass organisches Material in 101 von Gletschern gespeisten Flüssen weltweit schneller abgebaut wird, wenn die Gletscher schrumpfen. Gleichzeitig konnten sie diesen Ökosystemprozess mit bestimmten Komponenten des Mikrobioms in Verbindung bringen. „Wir können davon ausgehen, dass die Nahrungskette in gletschergespeisten Bächen in Zukunft grüner wird, da die Primärproduktion wichtiger wird“, sagt Battin. „Mit dieser Änderung könnten einige mikrobielle Arten verschwinden, andere gedeihen und es wird eine Verschiebung entlang der gesamten Nahrungskette geben.“ Die Quintessenz dieser Studie ist, dass, wenn die Gletscher schrumpfen, ihre Flüsse zu wichtigeren natürlichen CO2-Quellen in der Atmosphäre werden können.
Letzte Station: Alaska
Diese Forschung wurde durch das Vanishing Glaciers Project ermöglicht – ein vierjähriges Projekt, das an der EPFL angesiedelt ist und von der NOMIS Foundation finanziert wird. Im Rahmen dieses Projekts begannen Wissenschaftler von RIVER im Jahr 2018 mit der Probenahme von gletschergespeisten Bächen auf der ganzen Welt mit dem Ziel, die Biodiversität in diesen verschwindenden Ökosystemen zu entschlüsseln. „Unsere einzigartige Anstrengung, die intensive Expeditionen mit Genomanalysen kombiniert, hat uns zum ersten Unternehmen gemacht, das das Mikrobiom dieser Ökosysteme systematisch untersucht hat, die sich jetzt durch das Schmelzen der Gletscher verändern“, sagt Battin.
Die Vanishing Glaciers-Expedition neigt sich bald dem Ende zu und macht diesen Sommer ihren letzten Halt in Alaska. Die Wissenschaftler haben nur 20 % der bisher gesammelten Daten von über 150 gletschergespeisten Bächen weltweit analysiert. Zukünftige Analysen werden genau untersuchen, wie das Mikrobiom verändert wird – und was die weiteren Auswirkungen sind.
Susheel Bhanu Busi et al, Genomische und metabolische Anpassungen von Biofilmen an ökologische Gelegenheitsfenster in gletschergespeisten Bächen, Naturkommunikation (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-29914-0
Tyler J. Kohler et al., Die Gletscherschrumpfung wird die nachgelagerte Zersetzung organischer Materie beschleunigen und die Struktur und Funktion des Mikrobioms verändern, Biologie des globalen Wandels (2022). DOI: 10.1111/gcb.16169