Zuckerberge unter Seegraswiesen

Seegräser spielen eine wichtige Rolle für das Klima. Sie sind eine der effizientesten Kohlendioxidsenken der Erde. Ein Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie berichtet nun, dass Seegräser große Mengen Zucker, größtenteils in Form von Saccharose, an ihre Böden abgeben – weltweit mehr als 1 Million Tonnen Saccharose, genug für 32 Milliarden Dosen Cola. Solch hohe Zuckerkonzentrationen sind überraschend. Normalerweise verbrauchen Mikroorganismen schnell alle freien Zucker in ihrer Umgebung. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Seegräser phenolische Verbindungen ausscheiden, die die meisten Mikroorganismen davon abhalten, die Saccharose abzubauen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Saccharose unter den Wiesen begraben bleibt und nicht in CO2 umgewandelt und in den Ozean und die Atmosphäre zurückgeführt werden kann. Ihre Entdeckung beschreiben sie nun im Fachblatt Naturökologie & Evolution.

Seegräser bilden in vielen Küstengebieten der Welt saftig grüne Wiesen. Diese Meerespflanzen sind eine der effizientesten globalen Kohlendioxidsenken der Erde: Ein Quadratkilometer Seegras speichert fast doppelt so viel Kohlenstoff wie Wälder an Land, und das 35-mal so schnell. Nun haben Wissenschaftler des Bremer Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie entdeckt, dass Seegräser große Mengen Zucker an ihre Böden, die sogenannte Rhizosphäre, abgeben. Die Zuckerkonzentrationen unter dem Seegras waren mindestens 80-mal höher als zuvor in Meeresumgebungen gemessen.

„Zum Vergleich: Wir schätzen, dass sich weltweit zwischen 0,6 und 1,3 Millionen Tonnen Zucker, hauptsächlich in Form von Saccharose, in der Seegras-Rhizosphäre befinden“, erklärt Manuel Liebeke, Leiter der Forschungsgruppe Stoffwechselinteraktionen am Max-Planck-Institut Institut für Marine Mikrobiologie. „Das ist in etwa vergleichbar mit der Zuckermenge in 32 Milliarden Cola-Dosen.“

Polyphenole halten Mikroben davon ab, den Zucker zu fressen

Mikroben lieben Zucker. Es ist leicht verdaulich und voller Energie. Warum wird die Saccharose also nicht von der großen Gemeinschaft von Mikroorganismen in der Seegras-Rhizosphäre verbraucht? „Wir haben lange versucht, das herauszufinden“, sagt Erstautorin Maggie Sogin, die die Forschung vor der italienischen Insel Elba und am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie leitete. „Uns ist aufgefallen, dass Seegras, wie viele andere Pflanzen, phenolische Verbindungen an ihre Sedimente abgibt. Rotwein, Kaffee und Obst sind voll von Phenolen, und viele Menschen nehmen sie als Nahrungsergänzungsmittel ein. Weniger bekannt ist, dass Phenole antimikrobielle Mittel sind und hemmen den Stoffwechsel der meisten Mikroorganismen.

„In unseren Experimenten haben wir aus Seegras isolierte Phenole zu den Mikroorganismen in der Seegras-Rhizosphäre hinzugefügt – und tatsächlich wurde viel weniger Saccharose verbraucht, als wenn keine Phenole vorhanden waren.“

Einige Spezialisten gedeihen auf Zucker in der Seegras-Rhizosphäre

Warum produzieren Seegräser so große Mengen an Zucker und geben sie dann in ihre Rhizosphäre ab? Nicole Dubilier, Direktorin am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie erklärt: „Seegräser produzieren Zucker während der Photosynthese. Unter durchschnittlichen Lichtverhältnissen verwenden diese Pflanzen den größten Teil des von ihnen produzierten Zuckers für ihren eigenen Stoffwechsel und ihr Wachstum. Aber unter starken Lichtbedingungen zum Beispiel.“ , am Mittag oder im Sommer produzieren die Pflanzen mehr Zucker, als sie verwenden oder speichern können. Dann geben sie die überschüssige Saccharose in ihre Rhizosphäre ab. Stellen Sie sich das als Überlaufventil vor.“

Interessanterweise kann eine kleine Gruppe mikrobieller Spezialisten trotz der schwierigen Bedingungen von der Saccharose profitieren. Sogin spekuliert, dass diese Saccharosespezialisten nicht nur in der Lage sind, Saccharose zu verdauen und Phenole abzubauen, sondern auch Vorteile für das Seegras bieten könnten, indem sie Nährstoffe produzieren, die es zum Wachsen benötigt, wie beispielsweise Stickstoff. „Solche vorteilhaften Beziehungen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen in der Rhizosphäre sind bei Landpflanzen bekannt, aber wir beginnen gerade erst, die engen und komplizierten Wechselwirkungen von Seegräsern mit Mikroorganismen in der marinen Rhizosphäre zu verstehen“, fügt sie hinzu.

Gefährdete und kritische Lebensräume

Seegraswiesen gehören zu den am stärksten bedrohten Lebensräumen auf unserem Planeten. „Wenn man sich anschaut, wie viel blauer Kohlenstoff – das ist Kohlenstoff, der von den Ozeanen und Küstenökosystemen der Welt eingefangen wird – verloren geht, wenn Seegrasgemeinschaften dezimiert werden, zeigt unsere Forschung deutlich: Es ist nicht nur das Seegras selbst, sondern auch die großen Mengen an Saccharose, die darunter leben Seegras, was zu einem Verlust an gespeichertem Kohlenstoff führen würde. Unsere Berechnungen zeigen, dass bei einem mikrobiellen Abbau der Saccharose in der Seegras-Rhizosphäre weltweit mindestens 1,54 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt würden“, sagt Liebeke. „Das entspricht in etwa der Menge an Kohlendioxid, die 330.000 Autos in einem Jahr ausstoßen.“

Seegräser gehen in allen Ozeanen rapide zurück, und die jährlichen Verluste werden an einigen Standorten auf bis zu 7 % geschätzt, vergleichbar mit dem Verlust von Korallenriffen und tropischen Regenwäldern. Bis zu einem Drittel des weltweiten Seegrases könnte bereits verloren gegangen sein. „Wir wissen nicht so viel über Seegras wie über Lebensräume an Land“, betont Sogin. „Unsere Studie trägt zu unserem Verständnis eines der kritischsten Küstenlebensräume auf unserem Planeten bei und unterstreicht, wie wichtig es ist, diese blauen Kohlenstoffökosysteme zu erhalten.“