Was Galapagos-Finken und Meeresbakterien gemein ist

Die „Ökologische Nische“ ist ein Konzept, das von höheren Tieren gut bekannt ist. Allgemein weniger bekannt ist, dass auch Bakterien mitunter ausgeprägte ökologische Nischen haben. Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen haben nun zeigen können, dass nahe verwandte Bakterien-Gruppen der Gattung Polaribacter, welche während Algenblüten in der Nordsee gehäuft auftreten, hinsichtlich Algenzuckern ausgeprägt unterschiedliche Nischen aufweisen. Die Ergebnisse stellen sie nun in The ISME Journal vor.

Die Artenvielfalt von Finken auf dem abgelegenen Galapagos-Archipel ist das wohl bekannteste Beispiel für die Theorie der Evolution durch natürliche Selektion von Charles R. Darwin und Alfred R. Wallace. Galapagos-Finkenarten haben unterschiedliche Schnabelgrößen und -formen entwickelt und sich dadurch an unterschiedliche Nahrungsquellen angepasst. Auf diese Weise können die eigentlich eng verwandten Finkenarten die verfügbaren Nahrungsressourcen untereinander aufteilen, Konkurrenz vermeiden, und so denselben Lebensraum nutzen.

Blüte mit großer Wirkung

Dieses Prinzip ist nicht auf Tiere beschränkt, sondern gilt auch für die kleinsten Lebewesen des Meeres. Satellitenbilder von Küstengebieten während warmer Jahreszeiten zeigen oft, dass der Ozean eher grün als blau ist. Diese Farbe rührt von einer immensen Zahl mikroskopisch kleiner Meeresalgen her – einer so genannten Algenblüte. Solche Blüten sind zumeist nur von kurzer Dauer: Irgendwann sind die vorhandenen Nährstoffe erschöpft, und auch Fressfeinde wie tierische Einzeller (Protisten) und Viren tragen ihren Teil zum Tod der Algen bei. Gegen Ende einer Blüte kommt es daher zu einem Massensterben der Algen, wodurch große Mengen organischer Substanzen in das Meerwasser gelangen, darunter auch Algenpolysaccharide. Diese Polysaccharide, auch als „Mehrfachzucker“ bekannt, sind eine wichtige Nahrungsquelle für viele Meeresbakterien.

Enge Nischen für kleine Lebewesen

Forschende des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie untersuchen seit mehr als einem Jahrzehnt die bakterielle Reaktion auf Frühjahrsalgenblüten vor der Insel Helgoland in der Deutschen Bucht. Während dieser Frühjahrsblüten wächst in den meisten Jahren eine sehr ähnliche, wechselseitig miteinander verknüpfte Gemeinschaft bestimmter Bakteriengruppen heran. Besonders zahlreich vertreten sind dabei Bakterien der Gattung Polaribacter, welche zur Klasse der Flavobakterien zählen. Von 2009 bis 2012 untersuchten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das Auftreten von Polaribacter während Frühjahrsblüten und identifizierten dabei mehrere gleichzeitig auftretende Untergruppen. „Wir haben festgestellt, dass die Polaribacter-Gruppen ziemlich wählerisch sind, wenn es um die Zuckerbestandteile der Algen geht“, berichtet Burak Avcı vom Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. „Oder, präziser formuliert: Sie haben ausgeprägte Nischen in Bezug auf Algenpolysaccharide.“

Dies spiegelt sich auch in der zeitlichen Abfolge wider, in der die Gruppe auftreten. Unterschiedliche Gruppen zeigten sich zu verschiedenen Phasen der Blüte. „Eine Gruppe, die augenscheinlich zumeist früh zur Stelle ist, ist durch kleine Genome mit einer begrenzten Zuckerabbaukapazität gekennzeichnet. Sie bevorzugen wahrscheinlich Algenproteine. Im Gegensatz dazu hat eine andere Gruppe, die später auf den Plan tritt, größere Genome und die Fähigkeit, komplexere Polysaccharide zu nutzen“, erklät Avcı. Eine weitere Gruppe profitiert womöglich in besonderer Weise vom Vorhandensein einer bestimmten Alge (Gattung Chattonella). Sie zeichnet sich durch große Genome aus und hat das vielfältigste Zuckermenü aller untersuchten Polaribacter-Gruppen.

Ökologische Bedeutung

Wie die Galapagos-Finken zeigen diese Ergebnisse, dass auch nahverwandte Meeresbakterien (hier Arten innerhalb der Gattung Polaribacter) durch die Aufteilung der verfügbaren Ressourcen direkte Konkurrenz vermeiden. „Eine der grundlegenden Fragen in der mikrobiellen Ökologie ist, welche Faktoren für die Zusammensetzung einer Mikrobengemeinschaft maßgeblich sind. Studien wie diese helfen uns, die dahinterliegenden Prinzipien besser zu verstehen“, so Avcı. Besonders wichtig erscheint das für Bakterien, welche Algen-Biomasse abbauen. Dieser Prozess setzt nämlich von den Algen zuvor in ihre Biomasse eingebautes Kohlendioxid wieder frei, und stellt somit einen wesentlichen Bestandteil des globalen Kohlenstoffkreislaufs dar. Gerade der mikrobielle Anteil am globalen Kohlenstofffluss ist jedoch bislang noch nicht ausreichend verstanden.