Artenreichtum unter dem Mikroskop

Berlin. Oft erkennen Wissenschafter erst unterm Mikroskop die winzigen Lebewesen, von denen unzählbare Heerscharen in den obersten Schichten der Weltmeere schwimmen. Sie produzieren nicht nur die Hälfte des lebenswichtigen Sauerstoffs in der Luft, sondern auch die Hälfte der Biomasse auf der Erde und ernähren vom Blauwal bis zu Minikrebsen damit auch den allergrößten Teil des Lebens in den Ozeanen.

Bisher kannten die Forscher einzelne Arten, die ganze Vielfalt hatten sie noch nicht detailliert unters Mikroskop gelegt. Um das nachzuholen, schipperte das französische Forschungsschiff "Tara" von 2009 bis 2013 durch alle Weltmeere und sammelte bis in Wassertiefen von 2000 Metern 35.000 Plankton-Proben an 210 Stellen. Seither haben Forscher aus aller Welt diese Sammlung studiert und ihr Erbgut analysiert. Ihre ersten Ergebnisse von gerade einmal 579 dieser Proben aus 75 Gebieten zeigen im Fachblatt "Science" eine Mini-Wasser-Welt, die deutlich vielfältiger als bisher angenommen ist. Meeresbiologen überrascht dieses Ergebnis kaum, schließlich hatten Forscher bisher doch nur in wenigen Regionen einen sehr kleinen Teil des Planktons untersucht. Dabei handelt es sich um Viren, Mikroorganismen, Pflänzchen und Tierchen wie die Larven von Fischen, die allenfalls wenige Millimeter groß, aber mit dem fünfzigtausendsten Teil eines Millimeters auch unvorstellbar winzig sein können.

Dummerweise überleben die meisten Organismen im Labor nicht lange. Die Forscher können daher meist nur die Struktur der toten Organismen, deren Proteine und ihr Erbgut untersuchen, erklären Virginia Armbruster von der University of Washington in Seattle und Stephen Palumbi von der Stanford University in Kalifornien. Genau das haben Colomban de Vargas von der CNRS-Forschungsstation in Roscoff in der Bretagne sowie der Sorbonne-Uni in Paris und seine Kollegen für die Organismen im Plankton getan, die Biologen als Eukaryonten bezeichnen. Dazu gehören von der Hefe bis zum Blauwal alle Lebewesen, deren Erbgut sich in einem Zellkern konzentriert.

Drittel der Arten unbekannt

Aus diesem Erbgut wiederum haben die Forscher eine erstaunliche Vielfalt von mindestens 150.000 verschiedenen Arten in den bisher untersuchten Proben identifiziert. Zumindest ein Drittel der Arten war bisher noch gar nicht bekannt. Die meisten dieser Organismen sind Parasiten oder Symbionten. Sie leben auf Kosten eines anderen Organismus oder teilen sich wichtige Prozesse des Lebens mit einer anderen Art.

Gipsi Lima-Mendez von der Freien Universiät Brüssel fand Verhaltensweisen, die Biologen aus dem Alltag der Großen längst kennen: So filtern einige Organismen genau wie große Blattalgen Nährstoffe aus dem Wasser und wachsen mit Hilfe der Sonnenenergie. Andere entpuppen sich als Räuber, die ihre toten und lebenden Mitbewohner fressen. Auffallend häufig aber finden die Forscher auch Anhänger von Teamwork. Sehr viele Organismen sind dabei auf die Zusammenarbeit mit anderen angewiesen, ohne die sie nicht überleben können. Noch kennen die Forscher die Grundprinzipien solcher "Handelsbeziehungen" zwischen den Arten nicht und rätseln, welche "Waren" diese Arten tauschen. Schemenhaft aber schimmert aus ihren Analysen bereits eine Welt auf, in der die friedliche Koexistenz gepaart mit Arbeitsteilung eine entscheidende Rolle spielt.

Nicht so recht in dieses idyllische Bild passt auf dem ersten Blick ein Ergebnis von Matthew Sullivan von der University of Arizona: 5000 verschiedene Viren haben die Forscher in den Proben gefunden, 39 davon waren vorher bekannt. Die Viren infizieren die Winzlinge im Plankton, oft genug töten sie dabei ihr Opfer. Dabei aber setzen sie Nährstoffe frei, die später von anderen Lebewesen gut verwertet werden können. Viren recyceln so Nährstoffe, tauschen aber auch Erbeigenschaften zwischen Organismen aus. Das größte Hindernis auf dem Weg durch die Meere scheint die Wassertemperatur: Viele Winzlinge aus der Kälte vertragen die Wärme der Tropen nicht, den Warmwasser-Fans geht es umgekehrt genauso. Forscher wie Peer Bork vom Europäischen Molekularbiologie-Labor in Heidelberg halten die Temperaturen daher für die entscheidende Triebkraft für die Artenvielfalt in den verschiedenen Regionen.

"Der Klimawandel könnte diese Planktonvielfalt verändern", befürchtet Peer Bork. Ändert er doch genau die Temperaturen, die solche Ökosysteme am stärksten beeinflussen. Die Forscher kennen auch jetzt nur einen Bruchteil der Vielfalt. Viele Jahre Forschungsarbeit liegt noch vor ihnen.