Eine neue internationale Studie, die unter der Leitung der Universität Duisburg-Essen durchgeführt wurde, untersucht die Auswirkungen von Hitzestress auf das Mikrobiom in Flüssen. Diese Forschung beleuchtet, wie Mikroben in den Sedimenten von Gewässern wie dem Mississippi und kleineren Bächen eine entscheidende Rolle in den ökologischen Stoffkreisläufen spielen. Mit der derzeitigen globalen Erwärmung und den damit verbundenen Temperaturanstiegen geraten diese Mikroben zunehmend unter Stress, was die Stabilität der gesamten aquatischen Ökosysteme gefährden könnte.
Mikrobiome werden oft mit dem menschlichen Körper in Verbindung gebracht, doch auch in Flüssen und Bächen existieren komplexe mikrobielle Gemeinschaften, die für die Gesundheit dieser Ökosysteme unerlässlich sind. Laut Professor Alexander Probst, einem Experten für Environmental Metagenomics an der Universität Duisburg-Essen, sind Mikroben im Sediment, wo Grund- und Flusswasser aufeinandertreffen, unerlässlich für den ordnungsgemäßen Verlauf von Stickstoff- und Schwefelkreisläufen. Diese Mikroben tragen aktiv zur Reinigung des Wassers und zur Aufrechterhaltung eines stabilen ökologischen Gleichgewichts bei.
Die Studie analysierte Wasser- und Sedimentproben aus 23 nordamerikanischen Flüssen im Rahmen eines umfassenden Citizen-Science-Projekts der Colorado State University. Insgesamt wurden 363 Proben entnommen, um ein detailliertes Bild der mikrobiellen Gemeinschaften und deren Funktionsweise zu erhalten. Durch den Einsatz modernster Methoden der Metagenomik und mRNA-Analysen konnten die Forscher das genetische Potenzial der Mikroben und deren aktive Gene untersuchen.
Ein auffälliges Ergebnis der Untersuchung war, dass Mikroben im Wasser und im Sediment zwar ähnliche genetische Merkmale aufweisen und vergleichbare Stoffwechselfunktionen erfüllen, jedoch die Gemeinschaften im Sediment einem stetigen Stress ausgesetzt sind. Dr. Lennard Stach, der Erstautor der Studie, betont, dass die Mikroben im Sediment besonders intensiv damit beschäftigt sind, Schwefel- und Stickstoffverbindungen umzuwandeln und dabei vermehrt Stress-Genaktivitäten zeigen. Dies beinhaltet auch Gene, die für den Aufbau von Hitzeschutz-Proteinen verantwortlich sind.
Die Studie zeigt, dass diese Stressreaktionen über ganz Nordamerika hinweg konsistent sind, unabhängig von den spezifischen Standorten. Diese Erkenntnisse sind alarmierend, da sie darauf hindeuten, dass die Mikroben, obwohl sie anpassungsfähig sind, unter dem zunehmenden Druck durch steigende Temperaturen und häufigere extreme Wetterereignisse im Rahmen des Klimawandels leiden. Die Fähigkeit der Mikroben, sich anzupassen, könnte in Zukunft nicht ausreichen, um die Stabilität der Ökosysteme zu gewährleisten.
Um die Erkenntnisse dieser Studie auch auf andere Kontinente zu übertragen, hatte Dr. Stach die Möglichkeit, an der Colorado State University zu forschen. Diese Zusammenarbeit ermöglichte es, die Muster, die in nordamerikanischen Gewässern beobachtet wurden, mit den Ergebnissen aus Deutschland zu vergleichen. In Deutschland hatten Wissenschaftler der Universität Duisburg-Essen in kontrollierten Mini-Flussökosystemen ähnliche Stressfaktoren wie Hitze und Salze untersucht und vergleichbare Reaktionen der Mikroben festgestellt.
Die Ergebnisse dieser umfassenden Studie sind nicht nur für die Wissenschaft von Bedeutung, sondern werfen auch Fragen zur zukünftigen Stabilität von Gewässerökosystemen auf. Die Erkenntnisse verdeutlichen die Dringlichkeit, die Auswirkungen des Klimawandels auf aquatische Lebensgemeinschaften zu verstehen und gegebenenfalls Maßnahmen zu ergreifen, um die Gesundheit dieser wichtigen Ökosysteme zu schützen. Die weitere Erforschung des Mikrobioms in Flüssen könnte entscheidend sein, um Strategien zur Bewältigung der Herausforderungen zu entwickeln, die durch den Klimawandel entstehen.
