Kommunikation ist das A und O – auch bei Algen. Ihre chemische Sprache und ihre Bedeutung in aquatischen Ökosystemen sind jedoch noch weitgehend unbekannt. Ein Forscherduo des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) und des Plymouth Marine Laboratory (PML) hat einen entsprechenden Review in Biological Reviews veröffentlicht. Dieser fasst den aktuellen Wissensstand zusammen und zeigt neue Ansätze für die zukünftige Erforschung der Algensprache und ihrer ökologischen Zusammenhänge auf.
Können Algen sprechen? „Nun, obwohl sie weder Mund noch Ohren haben, kommunizieren Algen dennoch mit ihrer eigenen Art und mit anderen Organismen in ihrer Umgebung. Sie tun dies mit flüchtigen organischen Substanzen, die sie an das Wasser abgeben.“ sagt Dr. Patrick Fink, Wasserökologe am Standort Magdeburg des UFZ. Diese chemischen Signale sind als BVOCs (biogene flüchtige organische Verbindungen) bekannt und entsprechen den Gerüchen in der Luft, mit denen blühende Pflanzen kommunizieren und ihre Bestäuber anziehen. Wenn sie von Schädlingen befallen werden, geben einige Pflanzenarten Gerüche ab, die die natürlichen Feinde der Schädlinge anlocken. „Auch Algen nutzen solche Wechselwirkungen und Schutzmechanismen“, sagt Fink. „Schließlich gehören sie zu den ältesten Organismen der Erde, und die chemische Kommunikation ist die ursprünglichste Form des Informationsaustauschs in der Evolutionsgeschichte. Unser Wissen auf diesem Gebiet ist jedoch noch sehr lückenhaft.“
Patrick Fink ist korrespondierender Autor des kürzlich erschienenen Artikels in Biological Reviews, in dem er den aktuellen Forschungsstand zur chemischen Kommunikation von Algen zusammenfasst. „Wir wissen zum Beispiel aus Laboruntersuchungen, dass bestimmte Arten von Cyanobakterien Wasserflöhe abwehren, indem sie BVOCs ins Wasser abgeben. Dieses Signal wirkt offenbar abweisend und hat für Algen einen echten Mehrwert, nämlich den eines effektiven Schutzes vor Abweidung“, sagt Finck. Andererseits ist noch nicht geklärt, warum manche Süßwasseralgen in Form von Biofilmen wachsen Steine oder Schalen von Muscheln beispielsweise setzen BVOCS beim Grasen durch Teichschnecken frei. Denn: Diese chemischen Signale ziehen mehr Schnecken an.“ Teichschnecken nutzen die BVOC ganz klar zu ihrem Vorteil – aber noch ist unklar, welche Funktion sie tatsächlich für die Algen erfüllen “, sagt Fink. Ein Beispiel aus dem Meer: Eine Kieselalgenblüte ist ein wahrer Festschmaus für Ruderfußkrebse. Diese reiche Nährstoffversorgung soll das spätere Wachstum ihrer Population sicherstellen. Dem ist jedoch nicht so. „Obwohl Ruderfußkrebse gut ernährt sind, ihre Eiablage, die sie in ihrem Eiersack mit sich führen, ist ernst nicht bedroht. Denn Diatomeen-BVOCS hemmen die Zellteilung und stören damit die Embryonalentwicklung“, sagt Fink, „Kieselalgen verhindern so eine übermäßige Räuberung ihrer Nachkommen – und sichern so den Erhalt ihrer Art.“
Die Sprache der Algen wurde erstmals Anfang der 1970er Jahre in Makroalgen-Surveys nachgewiesen. „Makroalgen – wie der auch von deutschen Küsten bekannte Blasentang – vermehren sich, indem sie Gameten ins Wasser abgeben. Gameten-Männchen und -Weibchen setzen jeweils Pheromone frei, damit sie sich auch darin finden können die Weite des Ozeans“, sagt Dr. Mahasweta Saha, Meeresökologe am Plymouth Marine Laboratory (PML) in Großbritannien. „Das war der erste Hinweis darauf, dass Algen über chemische Signale kommunizieren und wichtige ökologische Funktionen erfüllen.“
In ihrer Veröffentlichung weist das Autorenduo auf die wahrscheinlich signifikante Wirkung von BVOCS innerhalb aquatischer Ökosysteme hin, identifiziert Wissenslücken und weist auf mögliche zukünftige Forschungsgebiete wie koevolutionäre Prozesse zwischen Emittern und Signalempfängern oder die Folgen menschengemachter Umweltveränderungen auf aquatische Ökosysteme hin Ökosysteme. Ökosysteme. „Algen bilden als Primärproduzenten die Lebensgrundlage aller aquatischen Nahrungsnetze“, sagt Fink. „Daher ist es wichtig, dass wir lernen, die chemische Kommunikation von Algen und ihre grundlegenden Funktionszusammenhänge in aquatischen Ökosystemen besser zu verstehen.“
Die Autoren glauben, dass ein besseres Verständnis der Algensprache auch nützliche technische Anwendungen haben könnte, wie zum Beispiel die Nutzung chemischer Signale zur Abschreckung von Parasiten, wodurch der Einsatz von Arzneimitteln in der Aquakultur reduziert würde. Ein besseres Verständnis der chemischen Kommunikationswege ist auch wichtig, um die Entwicklung effektiverer Umweltstrategien zu ermöglichen. „Wir können die Gewässer nicht schützen, wenn wir nicht verstehen, wie ihre inneren Regulationsmechanismen funktionieren“, sagt Fink. Frühe Studien zeigen, dass der chemische Kommunikationsprozess von Algen durch die zunehmende Ozeanversauerung aufgrund des Klimawandels gestört wird. „Außerdem ist es sehr wahrscheinlich, dass es zu Wechselwirkungen zwischen menschengemachten Mikroverunreinigungen und Algen-BVOC kommt. Dadurch werden über lange Zeiträume stabile, fein ausbalancierte chemische Kommunikationsprozesse gestört – was schwerwiegende Folgen für die Funktion aquatischer Ökosysteme haben kann.“ warnt Fink.
Bezug: Saha M, Fink P. Flüchtige Algen – die übersehene chemische Sprache aquatischer Primärproduzenten. Bio-Rev. mache ich:10.1111/brv.12887
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