Wie die Erwärmung mikrobielle Prozesse in den Polarregionen beeinflusst
Während die Forschung zunehmend aufzeigt, wie Mikroben in der Kryosphäre leben und funktionieren, verändert die Erwärmung in Arktis und Antarktis nun ihre Aktivität in einer Weise, die weitreichende Folgen haben könnte.
Die Erwärmung führt zum Schmelzen von Meereis und Gletschern sowie zum Auftauen von Permafrost. Wenn Eis zurückgeht, werden zuvor gefrorene organische Substanz und Nährstoffe für mikrobielle Gemeinschaften verfügbar. Gleichzeitig beschleunigen höhere Temperaturen die Stoffwechselprozesse, sodass Mikroben schneller wachsen und organisches Material abbauen können.
Der Rückgang des Meereises verringert zudem die Albedo der Erde, also die Fähigkeit heller Oberflächen, Sonnenlicht zu reflektieren. Wenn dunklere Meeresflächen freigelegt werden, wird mehr Wärme aufgenommen, was die Erwärmung weiter verstärkt. Darüber hinaus kann mikrobielles Wachstum auf Eisoberflächen diese verdunkeln und die Reflexion weiter verringern, ein Prozess, der als biologische Albedoreduktion bezeichnet wird. Zusammen beeinflussen diese physikalischen und biologischen Veränderungen Temperatur, Lichtverfügbarkeit und die Dynamik von Ökosystemen.
Kurzfristig führen diese Veränderungen zu einer schnellen Reaktion. Mit dem Auftauen werden zuvor inaktive mikrobielle Gemeinschaften aktiv und beginnen, neu verfügbares organisches Material abzubauen. Dabei werden Treibhausgase freigesetzt: Kohlendioxid entsteht vor allem unter sauerstoffreichen Bedingungen, während Methan in wasserreichen, sauerstoffarmen Umgebungen gebildet wird. Da Methan ein besonders wirksames Treibhausgas ist, können bereits vergleichsweise kleine Änderungen in seiner Produktion und Freisetzung das Klima deutlich beeinflussen.
Langfristig kann die anhaltende Erwärmung ganze Landschaften umgestalten. Das Auftauen von Permafrost verändert den Wasserhaushalt und führt teilweise zu feuchteren, teilweise zu trockeneren Bedingungen. Diese Veränderungen beeinflussen, welche mikrobiellen Gemeinschaften dominieren und wie sie funktionieren, und bestimmen damit, wie effizient Kohlenstoff umgesetzt sowie gespeichert oder freigesetzt wird.
In marinen Systemen ermöglicht der Rückgang des Meereises, dass mehr Licht die Meeresoberfläche erreicht, was Wachstum und zeitliche Dynamik von Algen und mikrobiellen Gemeinschaften verändert. Dies kann die biologische Produktivität erhöhen, aber auch die Struktur von Ökosystemen verändern, mit Folgen für Nahrungsnetze und den Kohlenstoffkreislauf.
Die Auswirkungen dieser Veränderungen sind nicht überall gleich. Unterschiede in Temperatur, Feuchtigkeit, Sauerstoffverfügbarkeit und Nährstoffangebot führen zu unterschiedlichen Entwicklungen in verschiedenen Regionen, was Vorhersagen über die Reaktion polarer Ökosysteme erschwert.
Klar ist jedoch, dass mikrobielle Prozesse eng mit dem globalen Klimasystem verknüpft sind. Indem sie die Freisetzung und Aufnahme von Treibhausgasen beeinflussen, tragen Mikroben dazu bei, ob Polarregionen als Quellen oder Senken von Kohlenstoff wirken. Zusammen mit physikalischen Rückkopplungen wie Veränderungen der Albedo haben diese Prozesse das Potenzial, den Klimawandel zu verstärken und ihre Auswirkungen weit über die Polarregionen hinaus auszudehnen.
Léa Zinsli, PolarJournal
