Mikroorganismen, die Krankheiten verursachen, oder solche, die zur Wein-, Brot- und Käseherstellung genützt werden, sind der Wissenschaft oft schon bis ins kleinste genetische Detail bekannt. Nicht so jene Mikroorganismen, die freilebend in Seen vorkommen: Bakterien, Phyto- und Zooplankton. Sie können prinzipiell weltweit vorkommen, werden mit dem Wind, Niederschlag oder an Bord anderer Lebewesen verbreitet. Wie aber setzen sie sich - einmal angekommen - in "ihrem" Lebensraum durch? Bewirkt das konkrete Habitat eine Spezialisierung? Und welche Rolle spielen Stresstoleranz und Konkurrenzdruck anderer Arten?

Tagebaurestseen als Modell-Habitat

Nach dem Ende von Braunkohleförderung im Tagebau füllen sich die Gruben im Lauf einiger Jahrzehnte mit Grundwasser. Sauer werden sie, weil das ebenfalls zu Tage kommende Mineral Pyrit von Bakterien zu Eisen, Sulfat und Säure abgebaut wird. Das führt zu rötlich gefärbten Seen, die fast so sauer wie Essig sind (pH 2,5). Vergleichbare Seen gibt es in Niederösterreich (der rote See bei Langau) und besonders zahlreich in Ostdeutschland. Heutzutage werden sie oft mithilfe von Oberflächenwasser "entsäuert beziehungsweise verdünnt", damit man sie als Badeseen nutzen kann.

Thomas Weisse und seine Mitarbeiter(innen) am Institut für Limnologie verglichen nun saure und geflutete Seen in Niederösterreich und in Ostdeutschland in der Lausitz hinsichtlich Temperatur, Lichteinstrahlung und Chemismus auf ihre planktontischen Bewohner. Für Fische, ja selbst für Wasserflöhe, sind diese Seen bereits zu sauer. "Diese Seen sind in ihrer Entstehungsgeschichte und in ihrer vergleichsweise geringen Komplexität so gut dokumentiert, dass sie für uns ein Modellsystem darstellen, an dem wir starke habitatspezifische Selektion in natura untersuchen können", erklärt Thomas Weisse.

Weniger Gemeinsamkeiten als erwartet

Trotz der ähnlichen Entstehungsgeschichte der Tagebaurestseen in Niederösterreich und in Ostdeutschland unterscheiden sie sich hinsichtlich ihrer Planktonorganismen recht deutlich. Es scheint weitgehend dem Zufall überlassen zu sein, welche Mikroben herantransportiert werden. Die räumlichen Charakteristika der einzelnen Seen, von der Windexposition bis hin zur Ufergestaltung, haben auf den passiven Erstkontakt einen Einfluss. Welche Organismen aber in dem derart unwirtlichen Lebensraum dauerhaft erfolgreich sind, wird offensichtlich vom einzelnen See mitgeprägt. Zur Überprüfung dieser Hypothese haben Thomas Weisse und sein Team Wasserproben genommen und die darin vorkommenden Organismen unter verschiedenen Bedingungen (Säurewerte, Temperatur und Nahrungsangebot wurden systematisch variiert) im Labor kultiviert und sowohl genetisch als auch hinsichtlich ihres Stoffwechsels verglichen.

Mikroevolution aktiv

Die Limnolog(inn)en konnten beweisen, dass sich einmal angesiedelte Mikroorganismen im Lauf der Zeit sowohl genetisch als auch physiologisch geringfügig (unterhalb des Artniveaus) an ihren speziellen Lebensraum anpassen. Sie fanden eine signifikante Wechselwirkung zwischen den Organismen und den Habitaten. "Auf diese Wechselwirkung kommt es. Weder die Habitateigenschaften, noch eine starre genetische Ausstattung der Mikroorganismen würde eine erfolgreiche Besiedelung ökologischer Nischen allein erklären", fasst Weisse zusammen. Die Hypothese, dass Populationen weit verbreiteter Mikroorganismen in ähnlich sauren Habitaten praktisch ident sind, dass sozusagen nur das Habitat selektiert, wurde somit widerlegt. "Hier passiert Mikroevolution! Und diese Erkenntnis ist von allgemeiner ökologischer Bedeutung", freut sich Weisse.

Möglichkeiten und begrenzte Realisierung

Die Limnologen in Mondsee konnten experimentell belegen, dass das Plankton der sauren Seen nur unter extrem sauren Bedingungen einen Konkurrenzvorteil hat. Darüber hinaus haben sie erstmalig die kombinierte Wirkung von Temperatur und pH-Wert bei unterschiedlichem Nahrungsangebot für Seenplankton untersucht. Diese drei Umweltfaktoren charakterisieren zusammen die tatsächlich bewohnte Nische im Ökosystem See. "Wenn Temperatur und Nahrungsangebot nicht optimal sind, schränkt sich für die Organismen der Säurebereich ein, den sie gut verkraften", fasst Thomas Weisse die Ergebnisse zusammen.

Das vom FWF geförderte Projekt wurde Ende Juni 2011 mit der Vorlage des Endberichts abgeschlossen.


Kontakt:
Prof. Dr. Thomas Weisse
Institut für Limnologie
Österreichische Akademie der Wissenschaften (ÖAW)
Herzog Odilostraße 101, 5310 Mondsee
T +43 6232 3125 12
thomas.weisse@oeaw.ac.at
www.oeaw.ac.at/limno


Juli 2011