Seit Tausenden von Jahren hat der Mensch das Wachstum von Blaualgen in Seen beeinflusst

In den letzten Jahren gab es vermehrt Berichte über giftige Blaualgenblüten im Sommer auch in deutschen Seen, verursacht durch Klimaerwärmung und erhöhte Nährstoffeinträge. Aber der Mensch hat seit der Bronzezeit ab etwa 2.000 v. Chr. Einfluss auf die Entwicklung der Blaualgen genommen

Das ist das Ergebnis einer Studie von Forschern des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ und Kollegen, die im Fachblatt veröffentlicht wurde Kommunikationsbiologie. Da einige Blaualgen, auch Cyanobakterien genannt, aufgrund ihrer geringen Größe keine sichtbaren fossilen Spuren in Sedimenten hinterlassen, ist wenig über ihre Entwicklung in unseren Seen in den letzten Jahrhunderten und Jahrtausenden bekannt.

Anhand von DNA aus Sedimenten konnten die Forscher nun erstmals in den Sedimenten eines mecklenburgischen Sees die Geschichte der Blaualgen über die letzten 11.000 Jahre entschlüsseln.

Hintergrund: Blaualgen und ihre Vermehrung

Blaualgen haben sich in den letzten Jahrzehnten in vielen Gewässern vermehrt. Die Ursachen sind menschengemacht: steigende Nährstoffeinträge und globale Erwärmung. Einige Blaualgenarten sind giftig, sodass Massenblüten in Badegewässern sogar gesundheitsgefährdend sein können. Sie können bei Hautkontakt Allergien oder – bei kleinen Wunden – Infektionen und – etwa ins Trinkwasser – im Extremfall sogar Leberkrebs auslösen.

Cyanobakterien, wie Blaualgen genannt werden, gehören zu den ältesten bekannten Organismen, die Photosynthese betreiben. Die Fähigkeit, Sauerstoff zu produzieren und Kohlendioxid zu binden, haben die heutigen Landpflanzen letztlich von Cyanobakterien geerbt. Cyanobakterien haben noch eine weitere Fähigkeit, die sie von anderen Algen unterscheidet. Sie können Stickstoff aus der Atmosphäre aufnehmen und als Nährstoff nutzen. Diese Fähigkeit ist ein Grund für die Vermehrung von Blaualgen auf Kosten anderer Wasserorganismen, die zunehmend verdrängt werden.

DNA als Schlüssel zum Aufspüren von Blaualgen

Anders als beispielsweise Kieselalgen hinterlassen die meisten Blaualgen keine fossilen Spuren im Sediment, um eine umfassende taxonomische Differenzierung als eigenständige Arten zu ermöglichen. Daher ist kaum bekannt, wie sich Blaualgen in unseren Seen über mehrere Jahrtausende entwickelt haben.

„Mit neuen Methoden ist es nun aber möglich, DNA von verschiedenen Organismen in Sedimenten nachzuweisen und damit die Geschichte dieser Cyanobakterien zu entschlüsseln“, erklärt Ebuka Nwosu vom Deutschen GeoForschungsZentrum GFZ, Erstautorin der neuen Studie. Die Arbeit, an der weitere Partner beteiligt waren, wurde im Rahmen der Doktorarbeit von Ebuka Nwosu durchgeführt.

Betreut wurde es von Susanne Liebner, GFZ-Arbeitsgruppenleiterin in der Sektion Geomikrobiologie und Professorin an der Universität Potsdam, und Achim Brauer, Leiter der GFZ-Sektion Klimadynamik und Landschaftsentwicklung und Professor an der Universität Potsdam.

Für diese Studie wählten die Forscher Sedimente aus einem See im Naturpark Nossentiner-Schwinzer Heide in Mecklenburg-Vorpommern, Deutschland. „Wir kennen den Tiefen See sehr gut und haben seine Sedimente sehr genau datiert, weil er seit vielen Jahren Teil des TERENO-Seen-Monitoring-Programms des Deutschen GeoForschungsZentrums ist“, begründet Achim Brauer die Wahl dieses Sees.

Für die Studie wurde Sediment-Cyanobakterien-DNA an einem 11 Meter langen Sedimentkern bestimmt und anschließend sowohl die Anzahl und Zusammensetzung der Blaualgenarten als auch deren Diversität analysiert.

Evolution der Blaualgen über Jahrtausende: Der besondere Einfluss des Menschen

Auf diese Weise konnten die Forscher zeigen, dass Blaualgen bereits in den ältesten untersuchten Proben vor 11.000 Jahren, kurz nach der Entstehung des Sees, vorhanden waren. Artenzahl und Artenvielfalt waren jedoch sehr gering und Blaualgen spielten vermutlich keine besondere Rolle im Ökosystem des Sees.

Daran hat sich viele Jahrtausende nichts geändert. Erst mit dem Auftauchen der ersten bronzezeitlichen Grabfunde in der Nähe des Sees ab etwa 2000 v. Chr. nahmen Anzahl und Artengemeinschaften der Blaualgen deutlich zu. „Das deutet darauf hin, dass schon frühe Kulturen durch landwirtschaftliche Aktivitäten Einfluss auf den Nährstoffhaushalt des Sees hatten“, sagt Ebuka Nwosu.

In der Folge wurde der natürliche Zustand vor diesen anfänglichen Veränderungen nie wiedererlangt. Im Gegenteil, mit jeder weiteren Besiedlungsphase und bevorzugt bei wärmeren klimatischen Bedingungen vermehrten sich Blaualgen und ihre Artengemeinschaften im Tiefen See weiter.

Seit die industrielle Landwirtschaft mit stark erhöhten Stickstoffeinträgen begann, hat sich diese Entwicklung noch beschleunigt. „Allerdings wurden die Voraussetzungen für diese Entwicklungen viel früher geschaffen, als wir bisher angenommen hatten“, sagt Susanne Liebner. Und sie fügt hinzu, dass die nährstoffbedingte Vermehrung von Blaualgen durch die zukünftig immer wärmer werdenden Sommer wahrscheinlich noch begünstigt wird.