Seegräser spielen eine wichtige Rolle für unser Klima. Sie sind eine der effizientesten Senken für Kohlendioxid auf der Erde. Ein Team von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für marine Mikrobiologie berichtet nun, dass Seegräser große Mengen an Zucker, hauptsächlich in Form von Saccharose, in ihre Böden abgeben – weltweit mehr als 1 Million Tonnen Saccharose, genug für 32 Milliarden Dosen Cola. Derart hohe Zuckerkonzentrationen sind überraschend. Normalerweise verbrauchen Mikroorganismen jeden freien Zucker in ihrer Umgebung schnell. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Seegräser phenolische Verbindungen ausscheiden, die die meisten Mikroorganismen davon abhalten, die Saccharose abzubauen. Dadurch wird sichergestellt, dass die Saccharose unter den Wiesen vergraben bleibt und nicht in CO2 umgewandelt und in den Ozean und die Atmosphäre zurückgeführt werden kann. Die Forscher beschreiben ihre Entdeckung jetzt in der Zeitschrift Nature Ecology & Evolution.
Seegräser bilden üppige grüne Wiesen in vielen Küstenregionen der Welt. Diese Meerespflanzen sind eine der effizientesten Senken für Kohlendioxid auf der Erde: Ein Quadratkilometer Seegras speichert fast doppelt so viel Kohlenstoff wie Wälder an Land, und das 35-mal so schnell. Jetzt haben Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen entdeckt, dass Seegräser große Mengen an Zucker in ihre Böden, die so genannte Rhizosphäre, abgeben. Die Zuckerkonzentration unter dem Seegras war mindestens 80-mal höher als die bisher in der Meeresumwelt gemessenen Werte. “Um dies ins rechte Licht zu rücken: Wir schätzen, dass sich weltweit zwischen 0,6 und 1,3 Millionen Tonnen Zucker, vor allem in Form von Saccharose, in der Seegras-Rhizosphäre befinden”, erklärt Manuel Liebeke, Leiter der Forschungsgruppe Metabolische Interaktionen am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie. “Das ist in etwa vergleichbar mit der Zuckermenge in 32 Milliarden Dosen Cola!”
Polyphenole verhindern, dass Mikroben den Zucker fressen
Mikroben lieben Zucker: Er ist leicht zu verdauen und voller Energie. Warum also wird die Saccharose nicht von der großen Gemeinschaft von Mikroorganismen in der Rhizosphäre des Seegrases verzehrt? “Wir haben lange Zeit versucht, das herauszufinden”, sagt die Erstautorin Maggie Sogin, die die Forschung vor der italienischen Insel Elba und am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie leitete. “Wir haben festgestellt, dass Seegras, wie viele andere Pflanzen auch, phenolische Verbindungen an ihre Sedimente abgibt. Rotwein, Kaffee und Obst sind voll von Phenolen, und viele Menschen nehmen sie als Nahrungsergänzungsmittel zu sich. Weniger bekannt ist, dass Phenole antimikrobiell wirken und den Stoffwechsel der meisten Mikroorganismen hemmen. “In unseren Experimenten haben wir den Mikroorganismen in der Rhizosphäre des Seegrases Phenole zugesetzt, die aus Seegras isoliert wurden – und tatsächlich wurde viel weniger Saccharose verzehrt, als wenn keine Phenole vorhanden waren.”
Einige Spezialisten ernähren sich von Zuckern in der Seegras-Rhizosphäre
Warum produzieren Seegräser so große Mengen an Zuckern, um sie dann nur in ihre Rhizosphäre abzugeben? Nicole Dubilier, Direktorin am Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie, erklärt: “Seegräser produzieren Zucker während der Photosynthese. Unter durchschnittlichen Lichtverhältnissen verwenden diese Pflanzen den Großteil des produzierten Zuckers für ihren eigenen Stoffwechsel und ihr Wachstum. Aber unter starken Lichtverhältnissen, zum Beispiel zur Mittagszeit oder im Sommer, produzieren die Pflanzen mehr Zucker, als sie verbrauchen oder speichern können. Dann geben sie die überschüssige Saccharose in ihre Rhizosphäre ab. Man kann sich das wie ein Überlaufventil vorstellen.”
Interessanterweise ist eine kleine Gruppe von mikrobiellen Spezialisten in der Lage, trotz der schwierigen Bedingungen auf der Saccharose zu gedeihen. Sogin spekuliert, dass diese Saccharose-Spezialisten nicht nur in der Lage sind, Saccharose zu verdauen und Phenole abzubauen, sondern dass sie auch dem Seegras zugute kommen könnten, indem sie Nährstoffe produzieren, die es für sein Wachstum benötigt, wie etwa Stickstoff. “Solche vorteilhaften Beziehungen zwischen Pflanzen und Mikroorganismen in der Rhizosphäre sind bei Landpflanzen gut bekannt, aber wir fangen gerade erst an, die engen und komplizierten Interaktionen von Seegräsern mit Mikroorganismen in der marinen Rhizosphäre zu verstehen”, fügt sie hinzu.
Gefährdete und kritische Lebensräume
Seegraswiesen gehören zu den am stärksten bedrohten Lebensräumen auf unserem Planeten. “Wenn man sich ansieht, wie viel blauer Kohlenstoff – d. h. Kohlenstoff, der von den Ozean- und Küstenökosystemen der Welt gebunden wird – verloren geht, wenn Seegrasgemeinschaften dezimiert werden, zeigt unsere Forschung deutlich: Nicht nur das Seegras selbst, sondern auch die großen Mengen an Saccharose unter lebenden Seegräsern würden zu einem Verlust an gespeichertem Kohlenstoff führen. Unsere Berechnungen zeigen, dass bei einem Abbau der Saccharose in der Seegras-Rhizosphäre durch Mikroben weltweit mindestens 1,54 Millionen Tonnen Kohlendioxid in die Atmosphäre freigesetzt würden”, sagt Liebeke. “Das entspricht in etwa der Menge an Kohlendioxid, die 330.000 Autos in einem Jahr ausstoßen.” Die Seegrasbestände gehen in allen Ozeanen rapide zurück, und die jährlichen Verluste werden an einigen Standorten auf bis zu 7 % geschätzt, was mit dem Verlust von Korallenriffen und tropischen Regenwäldern vergleichbar ist. Bis zu einem Drittel des weltweiten Seegrasbestandes könnte bereits verloren gegangen sein. “Wir wissen nicht so viel über Seegras wie über Lebensräume an Land”, betont Sogin. “Unsere Studie trägt zu unserem Verständnis eines der kritischsten Küstenlebensräume unseres Planeten bei und zeigt, wie wichtig es ist, diese blauen Kohlenstoff-Ökosysteme zu erhalten.”
Datum: Mai 2, 2022
Quelle: Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie
Journal Reference:
- Sogin, E.M., Michellod, D., Gruber-Vodicka, H.R. et al. Sugars dominate the seagrass rhizosphere. Nat Ecol Evol, 2022 DOI: 10.1038/s41559-022-01740-z