Wenn man an Lebewesen in der Arktis denkt, fallen jedem sofort Eisbären, Robben, Vögel und Wale ein. Aber was ist mit dem Meereis, gibt es auch im Eis Lebewesen? Auf den ersten Blick wirkt das endlos weiße, kalte Meereis leblos, gar lebensfeindlich. Doch wenn man genauer hinsieht, erkennt man, dass direkt im Meereis kleinste Algen leben. Aber wie kann das sein?

Wenn Meerwasser gefriert, werden Salzkristalle aus dem Meerwasser ausgeschieden, und das Süßwasser gefriert. Dadurch bildet sich nicht ein durchgehender Eisblock, sondern ein Gemisch aus gefrorenem Süßwasser und salzhaltigen Solekanälchen. In genau diesen Solekanälen (engl.: brine channel) leben u. a.  kleinste Algen. Algen, die das Meereis besiedeln, müssen mit hohen Salzkonzentrationen, aber auch mit sehr niedrigen Temperaturen und geringen Lichtbedingungen leben. Vom engen Raum in den Solekanälchen mal ganz abgesehen! Umso erstaunlicher ist es, dass sich in einem auf den ersten Blick lebensunfreundlichen Lebensraum oder Habitat eine ganze Reihe verschiedener Algenarten angesiedelt haben. Nun stellt sich dem neugierigen Wissenschaftler die Frage, welche Arten genau im Eis vorkommen und wie diese es schaffen, mit den extremen Bedingungen im Eis fertig zu werden.



Mit eben diesen Fragen beschäftige ich mich in meiner Doktorarbeit. Um zu beantworten „wer" im Eis lebt versuche ich zunächst, die Artenvielfalt der Gemeinschaft (Biodiversität) zu bestimmen. Als erstes müssen dafür Proben vom Meereis genommen werden. Während wir auf einer Eisstation sind, bohren wir Eiskerne, die sofort im Labor auf dem Schiff geschmolzen werden. Von dem Wasser wird dann eine Unterprobe genommen, die ich mir unter dem Mikroskop anschaue. Im Meereis leben hauptsächlich längliche Kieselalgen (pennate Diatomeen), da sie auf Grund ihrer Form am besten in den engen Solekanälchen leben können. Große Arten, die teilweise auch besonders lange Ketten bilden, finden sich eher in den Schmelztümpeln (Blog vom 20.08.12), oder direkt unter dem Meereis. Auch runde Kieselalgen (zentrische Diatomeen) sind auf Grund des Platzmangels im Meereis eher selten. Es gibt also eine ganz spezifische Gemeinschaft im Meereis, die sich von anderen eisassoziierten Gemeinschaften und der offenen Wassersäule unterscheidet.

 
 
Viele Arten sind auch für Kieselalgenspezialisten sehr schwer unter dem Lichtmikroskop zu unterscheiden. Somit ist es manchmal schwierig, eine genaue „Bestandsaufnahme" der Algen im Meereis zu machen. Außerdem gibt es viele Arten, die Dauerstadien (Zysten) bilden, z.B. wenn sich die Lebensbedingungen verschlechtern. Somit können diese Arten die schlechten Bedingungen einfach aussitzen und auf schönere Zeiten warten. Oftmals sehen diese Dauerstadien aber ganz anders aus als die aktiven Zellen, was zusätzlich zu Verwirrungen in der Bestimmung führen kann. Es ist also nicht ganz so einfach, die genaue Biodiversität einer Eisalgengemeinschaft durch Mikroskopie zu bestimmen. Zum Glück macht die Wissenschaft kontinuierlich Fortschritte, und Methoden entwickeln sich immer weiter. In den letzten Jahren sind molekulare und besonders genetische Methoden immer gängiger geworden, um genau solche Probleme zu lösen. Deshalb filtriere ich die geschmolzenen Eiskerne auf spezielle Filter, die ich an Bord einfriere. Zurück in Bremerhaven analysiere ich die Algengemeinschaft mit molekulargenetischen Methoden.



Im Labor in Bremerhaven isoliere ich dann die DNA aus den Algen. Als nächstes wird die DNA im Labor vervielfältigt, die verschiedenen Abschnitte der DNA sequenziert und anschließend die genetische Information ausgelesen. Da jede Art ganz spezifische Sequenzen besitzt, mit denen es möglich ist, sie zu identifizieren, kann man durch solche Methoden genau sagen, welche Arten im Eis zum Zeitpunkt der Probenahme lebten. Somit hätten wir also die Frage, „wer" sich im Eis befindet, beantwortet.



Bleibt noch zu klären „wie" diese Arten es schaffen, mit den extremen Lebensbedingungen fertig zu werden. Dazu werde ich mir verschiedene Gene anschauen, also kleine Abschnitte der DNA, die für bestimmte Funktionen codieren.  Man kann sich Gene wie einen Bauplan vorstellen, nachdem bestimmte Zellbestandteile gebaut werden. Wenn z.B. eine  Alge viel Stress durch Kälte hat, wird sie wahrscheinlich Mechanismen brauchen, um sich dagegen zu schützen. Das wiederum kann man an der genetischen Information der Algen ablesen. Ich versuche also während meiner Arbeit mit solchen Methoden nicht nur herauszufinden, „wer" im Meereis überhaupt lebt sondern auch „was" diejenigen gerade im Meereis machen und „wie" sie es schaffen, im Meereis zu überleben. Wichtige Fragestellungen in diesem Zusammenhang sind auch noch wodurch die Algen im Eis gestresst werden, oder aber auch, wieso die Algen überhaupt so gut mit hohen Salzgehalten und niedrigen Temperaturen umgehen können. Kann man vielleicht vorhersagen, wie sich die Algengemeinschaften verändern werden, wenn das Meereis der Arktis weiterhin so rapide abschmilzt? Bisher sind genaue Mechanismen und Anpassungsweisen an solche extremen Lebensräume wenig erforscht.

Bisher habe ich Proben von allen acht Eisstationen gesammelt und auf Filtern eingefroren. Der Hauptteil meiner Arbeit beginnt dann aber erst im Labor in Bremerhaven, wenn ich die Proben aufarbeite. Darauf freue ich mich jetzt schon wirklich sehr!