An einem der ersten milden Februartage zogen Emily Bernhardt und ihr Team für Gewässerökologie ihre Watthosen an und begaben sich an die von Platanen gesäumten Ufer des New Hope Creek.
Der Bach schlängelt sich durch Teile von Chapel Hill und Durham, bevor er in den Jordansee mündet, die Haupttrinkwasserversorgung des zentralen North Carolina.
Bernhardt watete in den seichten Bach und tauchte einen Gassensor in das Wasser. Sie und ihre Kollegen überwachten die Schwankungen des Sauerstoffs und des Kohlendioxids, die auftreten, wenn diese Gase von Algen, Insekten, Fischen und anderen Organismen des Flusses aufgenommen und wieder abgegeben werden, während sie ihrem Leben nachgehen: Photosynthese, Wachstum, Verdauung und Zersetzung.
„Dieses ‚Ein- und Ausatmen‘ aller in einem Fluss lebenden Organismen ist sozusagen der Puls eines Flusses“, so Bernhardt. „Es ist ein grundlegendes Maß für die Energie, die in das System hinein und aus ihm heraus fließt.
Traditionell beruhen solche Studien auf Messungen einer kleinen Anzahl von Flüssen, die über ein paar Stunden oder Tage hinweg durchgeführt wurden – im Wesentlichen eine Momentaufnahme. Die Schwierigkeit besteht darin, dass Unregelmäßigkeiten und Umwälzungen die Norm für Bäche sind, so der ehemalige Duke-Postdoc Phil Savoy.
Der Durchfluss kann sich von Tag zu Tag und sogar von Minute zu Minute mit den Jahreszeiten und Stürmen ändern. Die im Fluss lebenden Organismen müssen mit Strömungen fertig werden, die von einem Sturzbach bis zu einem Rinnsal reichen.
„An jedem beliebigen Tag können Sie zu Ihrem örtlichen Bach gehen, und er kann trocken sein oder über die Ufer treten“, so Savoy.
Dank moderner Sensortechnik können Wissenschaftler heute die Lebenszeichen der Flüsse automatisch 24 Stunden am Tag, sieben Tage die Woche, über Wochen und Monate hinweg verfolgen. Die Daten werden auf ein öffentliches Webportal hochgeladen, wo sie von jedermann eingesehen und heruntergeladen werden können.
„Das ist so, als würde man beim Arzt einmal den Puls messen lassen, anstatt ein Fitbit zu tragen“, so Bernhardt.
In einer Arbeit, die am 14. Februar in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurde, analysierten Bernhardt, Savoy und Kollegen aus neun anderen Institutionen mindestens ein Jahr lang Daten von 222 Flüssen in den gesamten Vereinigten Staaten: Sie schlängelten sich durch die Wüsten Arizonas, rauschten durch die Regenwälder Puerto Ricas und schlängelten sich durch Ackerland im Mittleren Westen.
Sensoren zeichneten Tag und Nacht alle fünf Minuten gelösten Sauerstoff, Kohlendioxid, Licht und andere Daten auf, im Wechsel der Jahreszeiten, bei Überschwemmungen und Dürreperioden. Man hofft, durch die kontinuierliche Aufzeichnung den „Puls“ der Flüsse besser zu verstehen und herauszufinden, wie sich ihre Fähigkeit, Leben zu erhalten, mit der Landentwicklung und dem Klimawandel verändern könnte.
Bernhardt traf den Rest ihres Labors flussaufwärts wieder, wo sie Eintagsfliegen und andere Käfer sammelten. Dort hob sie eine Handvoll heruntergefallener Blätter und einen Felsen auf, der mit einem grün-braunen Schleim bedeckt war, der Periphyton genannt wird – eine Mischung aus Algen und Mikroben, die sich an Felsen und Zweigen im Bachbett festsetzt.
„Das ist die Basis des Nahrungsnetzes“, sagt Bernhardt. „Viele Käfer leben davon“.
Periphyton fängt die Energie der Sonne ein und nutzt sie für sein Wachstum. Insekten, Schnecken und Muscheln ernähren sich von den Periphytonalgen, und Fische jagen und verzehren die Insekten.
Was mit dem Leben in den Flüssen geschieht, wird wahrscheinlich davon abhängen, wie der Mensch die Menge des Sonnenlichts, das das Wasser erreicht, und die Stabilität der Strömung verändert, so die Studienautoren.
Am New Hope Creek beschatten dicht belaubte Platanen, Buchen und Eukalyptusbäume einen Großteil des Jahres die Ufer und bilden ein Blätterdach, das den Lichteinfall in die engeren Abschnitte des Baches begrenzt.
Durch den Klimawandel verursachte Veränderungen bei den Niederschlägen – intensive Dürreperioden oder Sturzfluten – können die Algen und andere Organismen, die die Grundlage des Nahrungsnetzes bilden, austrocknen oder wegsprengen, so Bernhardt.
An diesem Tag bot das in der Sonne glitzernde Wasser, das über Felsen und Rinnsale gluckerte, ein friedliches Bild. „Aber vor drei Wochen hat es noch gewütet“, sagte Bernhart.
Datum: Februar 22, 2022
Quelle: Duke Universität
Journal Reference:
- Emily S. Bernhardt, Phil Savoy, Michael J. Vlah, Alison P. Appling, Lauren E. Koenig, Robert O. Hall, Maite Arroita, Joanna R. Blaszczak, Alice M. Carter, Matt Cohen, Judson W. Harvey, James B. Heffernan, Ashley M. Helton, Jacob D. Hosen, Lily Kirk, William H. McDowell, Emily H. Stanley, Charles B. Yackulic, Nancy B. Grimm. Light and flow regimes regulate the metabolism of rivers. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2022; 119 (8): e2121976119 DOI: 10.1073/pnas.2121976119