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Je zäher der Meeresschnee, desto besser transportiert er Kohlenstoff in die Tiefsee
Organische Flocken sinken aus den oberen Meeresschichten ab und transportieren dabei Kohlenstoff in größere Tiefen. Wie weit sie kommen, hängt offenbar auch von ihrer Zähflüssigkeit ab. Laborversuche und Modellrechnungen deuten darauf hin, dass besonders zäher Meeresschnee Bakterien länger widersteht und unter den untersuchten Bedingungen mehr als sechsmal so viel Kohlenstoff in die Tiefe bringen könnte.
La Jolla (U.S.A.). Im Meer sinken ständig kleine Flocken aus abgestorbenem Plankton, Schleim und anderen organischen Reststoffen ab. Dieser sogenannte Meeresschnee transportiert Kohlenstoff aus den lichtdurchfluteten Wasserschichten in die Tiefe und ist damit Teil der biologischen Kohlenstoffpumpe. Bakterien besiedeln die Partikel und zersetzen ihr Material. Dabei kann Kohlenstoff schon im oberen Ozean wieder freigesetzt werden, bevor die Flocken tiefere Wasserschichten erreichen.
Die Partikel unterscheiden sich jedoch nicht nur in ihrer Größe und Zusammensetzung. Manche besitzen eine vergleichsweise flüssige, andere eine deutlich zähere Schleimstruktur. Wie stark diese Eigenschaft den bakteriellen Abbau und damit den Kohlenstofftransport beeinflusst, war bislang nur unzureichend untersucht.
Forscher der University of California San Diego (UC San Diego) um Bryce G. Inman haben nun untersucht, wie die Zähflüssigkeit einzelner Meeresschnee-Partikel mit ihrer Besiedlung durch Bakterien und ihrem Abbau zusammenhängt. Dazu verband das Team dreidimensionale Mikroskopie, Versuche an Meeresschnee-Aggregaten und Modellrechnungen zum Absinken der Flocken.
Um die kaum sichtbare Schleimstruktur räumlich aufzulösen, nutzten die Wissenschaftler fluoreszierende Moleküle, deren Lichtsignal sich mit der lokalen Zähflüssigkeit verändert. Eine konfokale Mikroskopie machte damit sowohl unterschiedlich viskose Bereiche als auch die darin verteilten Bakterien sichtbar. Die Entwicklung und Erprobung dieser Messmethode ist in einer eigenen Begleitstudie beschrieben.
„Bislang war es nicht möglich, einzelne Bakterien dabei zu beobachten, wie sie mit der physikalischen Struktur von Schleim interagieren“, erklärt Bryce G. Inman.
Die Aufnahmen zeigen, dass ein solcher Schleimkörper kein gleichförmiger Klumpen ist. In Aggregaten aus einer Kieselalgenart nahm die Zähflüssigkeit zum Inneren hin zu, während sich Bakterien überwiegend an den weniger viskosen Randzonen fanden. Aggregate einer anderen Kieselalgenart waren fleckiger aufgebaut und für Bakterien auch im Inneren besser zugänglich.
Das Team beobachtete zudem bei natürlichen Partikeln aus Küstenwasser und bei Aggregaten aus Laborkulturen eine ungleichmäßige Verteilung von Zähflüssigkeit und Bakterien. Diese Muster sprechen für einen Zusammenhang zwischen der Struktur des Schleims und der bakteriellen Besiedlung. Sie belegen für sich genommen aber noch nicht, dass allein die Viskosität den Zugang der Mikroorganismen bestimmt.
„Bakterien können sich an weniger zähen Bereichen jedes Partikels festsetzen, aber stärker viskose Regionen erst erreichen, wenn sie diese abgebaut haben“, sagt Bryce G. Inman.
In Laborversuchen untersuchten die Forscher anschließend, wie sich die unterschiedliche Zähflüssigkeit auf den Abbau von Meeresschnee auswirkt. Dabei benötigten Bakterien für stärker viskose Aggregate mehr Zeit, bis das Material zerlegt und die Flocken fragmentiert waren. Die Messungen liefern damit einen möglichen physikalischen Grund dafür, weshalb einige Partikel länger erhalten bleiben als andere.