Forschende des Wasserforschungsinstituts Eawag untersuchen, wie sich veränderte Umweltbedingungen auf Lebensgemeinschaften im Wasser auswirken können. Lange Hitzeperioden führen nicht nur zu einem Anstieg der Wassertemperaturen, sondern beeinflussen auch viele andere Faktoren. Deshalb ist es wichtig zu untersuchen, wie Organismen auf vielschichtige Umweltveränderungen reagieren.
Eine in Global Change Biology veröffentlichte Studie zeigt, dass es einige wärmeliebende Artengibt, die bei knappen Ressourcen gut zurechtkommen, was ihnen in einer wärmeren Zukunft einen erheblichen Vorteil verschaffen wird.
Wir haben mit Anita Narwani von der Abteilung Aquatische Ökologie gesprochen, um herauszufinden, welche Auswirkungen wiederkehrende Hitzeperioden auf Schweizer Gewässer und aquatische Ökosysteme haben könnten.
Anita, warum sind wiederkehrende, langanhaltende Hitzewellen wie diesen Sommer für Seen und Flüsse bedenklich?
Hitzewellen führen nicht nur dazu, dass das Wasser in Seen wärmer wird. Sie können auch viele der physikalischen und chemischen Bedingungen verändern, von denen das Leben im Wasser abhängt. Warmes Wasser enthält weniger Sauerstoff, jedoch brauchen viele Organismen bei höheren Temperaturen mehr Sauerstoff, da sich ihr Stoffwechsel beschleunigt. Dies kann insbesondere für Tiere, die an kaltes, sauerstoffreiches Wasser angepasst sind, eine große Belastung darstellen.
In Seen kommt ein weiterer wichtiger Effekt hinzu. Frühere Untersuchungen zeigen, dass wärmere Bedingungen zu stärkerer, länger anhaltenden thermischen Schichtbildung führen können. Das bedeutet, dass warmes Oberflächenwasser über kälterem Tiefenwasser liegt und sich die beiden Schichten weniger vermischen. Das heisst, dass Seen in der Schweiz tendenziell längere Phasen aufweisen werden, in denen das warme Oberflächenwasser gut beleuchtet, aber nährstoffarm ist, während das Tiefenwasser kühler, dunkler und nährstoffreich ist. Entscheidend ist, dass der Klimawandel somit gleichzeitig die Temperatur, den Sauerstoffgehalt, die Lichtverhältnisse und die Nährstoffversorgung verändern kann. Wasserorganismen müssen sich auf dieses gesamte Bündel an Veränderungen einstellen und nicht nur auf die Temperatur allein.
Levasseur et al. untersuchten in ihren Experimenten, wie sich verändernde Bedingungen auf das Wachstum von Phytoplankton auswirken – den Primärproduzenten von Nährstoffen, die die Grundlage der Nahrungsnetze in Seen bilden. In ihren Experimenten erzeugten sie künstlich zahlreiche Kombinationen aus Temperatur, Lichteinfall und Nährstoffverfügbarkeit und dokumentierten, welche Schweizer Phytoplanktonarten und -stämme unter diesen neuartigen Bedingungen am besten abschnitten.
Welche Arten werden wahrscheinlich von der Wärme profitieren, und welche werden es wahrscheinlich schwerer haben?
Eine der interessantesten Erkenntnisse aus der Studie von Levasseur et al. ist, dass manche Phytoplanktonarten besonders gut für eine wärmere Zukunft mit knapperen Nährstoffen gerüstet zu sein scheinen.
Die Forschenden verglichen 19 Populationen von Süßwasser-Phytoplankton, die 17 aus Schweizer Seen isolierte Arten repräsentierten, unter verschiedenen Temperaturbedingungen und bei unterschiedlichen Licht-, Stickstoff- und Phosphormengen. Sie stellten große Unterschiede zwischen den Arten fest: Veränderte Temperaturen könnten dazu führen, dass andere Arten bei knappen Ressourcen am erfolgreichsten sein werden.
Welche Art am erfolgreichsten ist hängt von der Temperatur ab, aber Cyanobakterien sehen jetzt schon wie mögliche Gewinner aus. Im Experiment gediehen Cyanobakterien besser als die meisten anderen Phytoplankton-Arten in wärmerem und zugleich lichtärmerem Wasser. Diese Anpassung könnte besonders in einem warmen, stratifizierten See nützlich sein.
Diese Ergebnisse sind konsistent mit früheren Beobachtungen, wonach viele Cyanobakterien, die vom Klimawandel profitieren, dazu neigen, tiefer im See zu wachsen, und zwar im Bereich der Thermokline oder des Metalimnions – den Bereichen im Wasser, in denen sich die Temperatur mit zunehmender Tiefe am schnellsten ändert. Dort ist weniger Licht vorhanden als an der Oberfläche, doch haben sie möglicherweise besseren Zugang zu Nährstoffen aus tieferen Wasserschichten. Die berüchtigten Blüten von Planktothrix rubenscens (oft auch als „Burgunder-Blutalge“ bezeichnet) in vielen Schweizer Seen, darunter auch im Zürichsee, sind gute Beispiele dafür, wie Cyanobakterien diese durch das wärmer werdende Klima begünstigte Nische für sich nutzen.
Ihr Vorteil besteht also nicht einfach darin, dass „Cyanobakterien es gerne heiß haben“. Einige weisen eine nützliche Kombination von Eigenschaften auf: Toleranz gegenüber hohen Temperaturen sowie die Fähigkeit, bei wenig Licht zu wachsen, und den potenziellen Zugang zu tiefer liegenden Nährstoffvorräten. Levasseur et al. (2025) kommen zu dem Schluss, dass ihre Ergebnisse die Annahme stützen, dass Cyanobakterien sowohl von wärmeren Temperaturen als auch von begrenztem Lichteinfall begünstigt werden könnten, weisen jedoch auch darauf hin, dass ihr Experiment nur drei Cyanobakterienpopulationen umfasste.
