Seen und Lacken

Interview mit Thomas Weisse

Die Forscherinnen und Forscher des ÖAW-Instituts für Limnologie in Mondsee im oberösterreichischen Salzkammergut beschäftigen sich zur Zeit vor allem mit den Auswirkungen des Klimawandels auf Seeökosysteme. Sie interessieren sich für die Anpassungsstrategien der Lebewesen und für evolutionäre Zusammenhänge, erklärt Thomas Weisse, Direktor des Instituts, im Gespräch mit Waltraud Niel.

Warum ist der Mondsee ein guter Ort für limnologische Forschung?

Weisse: Der Mondsee ist zunächst einmal ein typischer, eher nährstoffarmer Voralpensee. Sein flaches nördliches Ufer liegt noch in der Flyschzone, das südliche Steilufer ist bereits den Kalkalpen zuzurechnen. Der Mondsee ist Teil einer Seenkette mit unterschiedlichem Nährstoffgehalt und deutlich ausgeprägten kleinräumigen Klimaänderungen. Klima und extreme Wetterereignisse, die im Zuge der Klimaänderungen anscheinend zunehmen, haben zudem auch ihre Entsprechungen in den Sedimentationsverhältnissen im See. So bringen etwa Starkregen und Muren lokal mehr Ablagerungen ein. Wir können diese Ablagerungen analysieren und erschließen auf diese Weise ein Archiv lange zurück liegender Wetterereignisse. Für den Mondsee als Modell-Forschungssee spricht nicht zuletzt die Tatsache, dass sich seine natürliche Dynamik weitgehend erhalten hat, weil die Gefahr der Überdüngung durch den Bau von Kläranlagen abgewendet werden konnte.

Für welche Fragestellungen ist der Mondsee besonders gut geeignet?

Weisse: Am Mondsee gibt es die Infrastruktur sowohl für angewandte als auch für Grundlagenforschung. Für fischereilich relevante Fragestellungen und für die Gewässerüberwachung sind nicht wir, sondern unser Nachbarinstitut in Scharfing, das zum Bundesamt für Wasserwirtschaft gehört, zuständig. Wir vom ÖAW-Institut konzentrieren uns auf die Grundlagenforschung, stehen aber in gutem Austausch mit den Scharfinger Kolleg(inn)en. Wir erforschen die Anpassungsstrategien der Organismen im Ökosystem See - vor allem im Hinblick auf den Klimawandel. Zu diesem Zweck untersuchen wir die Zusammensetzung der Mikroorganismenpopulationen im See - abhängig von Temperatur, Licht beziehungsweise Chemismus oder Nahrungsangebot. Der Mondsee selbst gilt uns als Referenz, und für verallgemeinernde Fragestellungen beproben wir auch andere Seen.

Wir sind speziell an den kleinsten Bewohnern der Seen interessiert: an Bakterien, Blaualgen, einzelligen Wimper- und Geißeltierchen, sowie winzigen Rädertierchen. Man weiß noch erstaunlich wenig über die spezifischen ökologischen Funktionen von nicht pathogenen Mikroorganismen - und das, obwohl sie für den allergrößten Teil der stofflichen Umsetzungen in Seen verantwortlich sind. Jeder Liter Seewasser enthält meist mehrere Milliarden Mikroorganismen - großteils Bakterien. Von mehr als 90 Prozent kennen wir die Lebensansprüche so wenig, dass wir sie noch nicht für experimentelle Untersuchungen in Kultur halten können. In den letzten Jahren haben wir aber diesbezüglich große Fortschritte gemacht. Manche wichtige Arten können wir jetzt bereits über viele Generationen im Labor halten und wurden dabei bereits im Verlauf weniger Jahre Zeugen evolutionärer Prozesse.

Was macht es so schwer, Mikroorganismen zu charakterisieren?

Weisse: Zum einen sind die Mikroben nicht immer verfügbar, wenn wir mit ihnen arbeiten wollen! Im Freiland gibt es in der Zusammensetzung der Populationen große jahreszeitliche Schwankungen. Auch die Einteilung in Arten und Unterarten oder Stämme macht bei Bakterien oder Einzellern oft Probleme. Die Organismen unterscheiden sich kaum in ihrer äußeren Gestalt. Ihre große Diversität zeigt sich erst im Stoffwechsel und der zugrunde liegenden genetischen Ausstattung. Deswegen führt kein Weg an Genetik und Molekularbiologie zur Erforschung von Seeökosystemen vorbei! Darüber hinaus sind Bakterienarten, die ihre ringförmige DNA, u.a. durch die Aufnahme "fremder" Gene, weniger streng geregelt weitergeben als die Lebewesen mit linearen Chromosomen und Zellkern (vom Einzeller bis zum Menschen), prinzipiell schwerer zu klassifizieren als höhere Organismen.

Wie erkennen Sie molekulare Anpassungsprozesse?

Weisse: Ein Beispiel: Es gibt zahlreiche Gene, von denen bekannt ist, dass sie sich mit relativ konstanter Mutationsrate ändern. Man bezeichnet dieses Phänomen als "molekulare Uhr". Das bedeutet, dass man anhand der genomischen Veränderung den Zeitpunkt der Entstehung der Mutation berechnen kann. Die Frage im ökologischen Kontext lautet nun: Gab es rund um den Mutationszeitpunkt beispielsweise klimatische Ereignisse, die Organismen mit einer bestimmten Mutation begünstigten? Mein Kollege Rainer Kurmayer wendet diese Methode an, um den Entstehungsprozess eines Genkomplexes zur Herstellung toxischer Peptide in Blaualgen besser zu verstehen. Solche Untersuchungen starten im natürlichen Ökosystem, im See. Die Hypothesen, die man aus den Beobachtungen ableitet, müssen aber durch umfassende Laborexperimente geprüft werden.

Wie wollen Sie klimatische Einflüsse auf Populationen von Mikroorganismen erkennen?

Weisse: Der erste Schritt ist eine gut durchdachte Probenentnahme im Freiland. Sie erfolgt möglichst entlang eines Gradienten mit schrittweisen Änderungen der maßgeblichen Einflussfaktoren Temperatur, Licht, Wind etc. Bei einer Beprobung mehrerer Gewässer entlang eines Gradienten von West nach Ost erhalten wir beispielsweise Auskunft über Mikroorganismen, die über die vorherrschenden Westwinde verbreitet werden. Oder wir konzentrieren uns auf unterschiedliche Höhenstufen oder Breitengrade und damit auch auf unterschiedliche Temperaturbereiche. Auf der molekularen Ebene wollen wir den Konnex zwischen Genotyp und der tatsächlichen Aktivität bestimmter Proteine erkennen.

Die Mitarbeiter(innen) des Instituts für Limnologie beziehungsweise die Labors sind seit 2008 wegen Umbauarbeiten auf fünf Standorte verteilt. Wann werden Sie Ihr renoviertes Forschungsgebäude am See wieder beziehen können?

Weisse: Sie sprechen einen wunden Punkt an. Die Renovierung wurde mit der Perspektive einer Durststrecke von etwa eineinhalb Jahren begonnen. Dann kam die internationale Finanzkrise mit den allzu bekannten Auswirkungen auch auf die österreichische Forschungsfinanzierung. Ein Baustopp war die Folge! Die Mitarbeiter(innen) des Instituts haben in der Zwischenzeit fast übermenschlich viel gearbeitet, um den Forschungsbetrieb trotz der ungenügenden Infrastruktur auf hohem Niveau weiter zu führen. Das ist uns bis jetzt gelungen, wie uns die internationalen Evaluatoren Ende 2010 bestätigt haben. Mikrobielle Ökologie und genetische Anpassungsstrategien sind topaktuelle Themen, bei deren Erforschung wir vorne mit dabei bleiben wollen - und die Expertise dafür haben. Unser dringender Appell an die zuständigen Entscheidungsträger ist deshalb, die Finanzierung der Renovierung zu ermöglichen.