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Phosphorreiches Tiefenwasser im Atlantik fördert einen Symbionten der Sargassum-Alge und treibt so deren Wachstum an
• Riesige Braunalgenteppiche (Sargassum) wachsen jährlich im tropischen Atlantik und belasten vor allem die Küsten der Karibik. Mithilfe der Analyse von Bohrkernen aus Korallen lässt sich erklären, wie es zu den Braunalgenblüten kommt.
• Phosphorreiches Tiefenwasser, das angetrieben von Winden an die Oberfläche gelangt, fördert stickstofffixierende Cyanobakterien. Diese leben mit Sargassum-Algen in Symbiose und versorgen sie in der stickstoffarmen Region mit dem wichtigen Nährstoff.
• Das Verständnis, wie Braunalgenblüten verursacht werden, erleichtert deren Vorhersage.
Schätzungsweise 38 Millionen Tonnen Sargassum wurden in diesem Jahr alleine bis Anfang Juni an die Küsten der karibischen Inseln, des Golfs von Mexiko und des nördlichen Südamerikas geschwemmt – ein negativer Rekord. Besonders in den Sommermonaten häuft sich die Braunalge bergeweise an den Stränden und verrottet dort – mit dem entsprechenden Gestank. Die Algenplage schreckt daher nicht nur Touristen ab, sie gefährdet auch Ökosysteme in Küstennähe. Auf offener See bietet der an der Wasseroberfläche schwimmende Golftang, wie Sargassum auch bezeichnet wird, hingegen Nahrung und Schutz für viele Meeresbewohner.
Die Algen stammen ursprünglich aus der Sargassosee, einem Meeresgebiet östlich von Florida. Doch seit 2011 beobachten Forschende immer wieder den sogenannten Großen Atlantischen Sargassum-Gürtel, einen gigantischen Algenteppich, der vom Äquator bei Ostwind in Richtung der Karibik treibt. Woher jedoch die Alge die Nährstoffe Phosphor (P) und Stickstoff (N) für ihr übermäßiges Wachstum nimmt, war bisher unklar. Vermutet wurde die Einschwemmung von Nährstoffen durch Überdüngung und Abholzung von Regenwäldern. Diese Prozesse können die Zunahme der Sargassum-Biomasse in den vergangenen Jahren jedoch nicht erklären.
Einem vom Max-Planck-Institut für Chemie geleiteten internationalen Forschungsteam ist es nun gelungen, den wesentlichen Mechanismus aufzuklären, der zu der übermäßigen Algenblüte führt. Die Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen konnten zudem beschreiben, unter welchen klimatischen Bedingungen dies geschieht. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, zukünftige Sargassum-Plagen besser vorherzusagen.
Zusätzlicher Stickstoff durch Cyanobakterien auf den Algen
Die Mainzer Forschenden beschreiben in der aktuellen Ausgabe des Magazins Nature Geoscience, dass starke, durch Winde angetriebene Auftriebsströmungen rund um den Äquator phosphorreiches Wasser an die Meeresoberfläche bringen und nordwärts in die Karibik treiben. Der zusätzlich verfügbare Phosphor wiederum begünstigt Cyanobakterien, von denen bekannt ist, dass sie in Symbiose auf den Algen wachsen. Die Bakterien können gasförmigen Stickstoff (N₂) aus der Atmosphäre aufnehmen und in eine für die Algen verfügbare Form umwandeln. Laut der Studie fördert der zusätzlich verfügbare Stickstoff das Sargassum-Wachstum und verschafft der Braunalge im äquatorialen Atlantik so einen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Algen. Dieser Mechanismus erklärt auch frühere Veränderungen der Sargassum-Biomasse.
In Korallen gebundene Isotope enthüllen Stickstofffixierungsrate der letzten 120 Jahre
Herausgefunden haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen Algenblüte und verstärkter Stickstofffixierung mit Hilfe von Korallenbohrkernen aus ganz unterschiedlichen Stellen der Karibik. Korallen sind wichtige Klimaarchive, da sie während ihres Wachstums chemische Signaturen aus dem Wasser in ihre Kalkskelette einbauen. Durch die Analyse der jährlichen Wachstumsschichten der Korallen, die mit Baumringen vergleichbar sind, kann man Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung des Ozeans in den letzten Jahrhunderten aufdecken.
In der neuen Studie haben Max-Planck-Forschende die Stickstoffisotopenzusammensetzung der Korallen analysiert, um die Menge an Stickstoff zu rekonstruieren, die in den letzten 120 Jahren von Mikroorganismen im Ozean gebunden wurde. Wenn Bakterien Stickstoff fixieren, senken sie das Verhältnis der stabilen Stickstoffisotope ¹⁵N zu ¹⁴N im Ozean. Daher weisen Perioden mit einem niedrigen Verhältnis von ¹⁵N zu ¹⁴N in den Korallenschichten auf hohe Stickstofffixierungsraten hin. Zur Kalibrierung der Stickstoffisotopenzusammensetzung der Korallenproben verwendeten die Forschenden Meerwasserproben, die mit dem Forschungsschiff Eugen Seibold gesammelt wurden.
Seit 2011 sind Stickstofffixierung und Algenwachstum gekoppelt
„Zu Beginn unserer Untersuchungen stellten wir zwei signifikante Anstiege der Fixierungsrate in den Jahren 2015 und 2018 fest ‒ zwei Jahre, in denen es Rekordblüten von Sargassum gab. Also verglichen wir unsere Isotopenmessungen mit den jährlichen Daten der Sargassum-Biomasse, und beide Aufzeichnungen stimmten seit 2011 perfekt überein! Damals war aber überhaupt noch nicht klar, ob es einen kausalen Zusammenhang gibt,“ sagt Jonathan Jung, Doktorand am Max-Planck-Institut für Chemie.
Vor 2011 gab es keine Algenblüten, da Sargassum überhaupt erstmals im Jahr 2010 durch extrem starke Westwinde von der Sargasso-See nach Süden in Richtung des tropischen Atlantiks getrieben wurde. Dort kann sich die Alge seither wegen der vorteilhaften Bedingungen in den Sommermonaten extrem vermehren. Nachdem die Forschenden andere Einflussfaktoren ausgeschlossen hatten, schlussfolgerten sie, dass bei Sargassum-Blüten der durch aufsteigendes Tiefenwasser verursachte Phosphorüberschuss ausschlaggebend ist. Eine Vermutung war zuvor, dass eisenhaltiger Saharastaub, der in großen Mengen aus Afrika in den Atlantik weht, das Wachstum der Braunalgen fördert. Allerdings führt mehr Saharastaub nicht zu mehr Biomasse, also ist Staub nicht der treibende Faktor. Ebenso wenig korrelieren die Nährstoffeinträge aus dem Amazonas und dem Orinoco mit den schwankenden Biomassewerten der Braunalge. „Unser Mechanismus erklärt die Variabilität des Wachstums besser als alle bisherigen Ansätze. Unklar ist allerdings noch, ob und in welchem Maß auch andere Faktoren eine Rolle spielen,“ ergänzt der Geochemiker Jung.
Neuer Mechanismus kann Vorhersagen über künftige Sargassum-Blüten verbessern.
Ein Phosphorüberschuss tritt immer dann ein, wenn die Meeresoberfläche im tropischen Nordatlantik kälter und im angrenzenden Südatlantik wärmer als üblich ist. Diese Temperaturunterschiede führen zu Veränderungen im Luftdruck und damit zu Windanomalien, die Oberflächenwasser verdrängen und phosphorreiches Wasser aus der Tiefsee nachströmen lassen.
Ein massenhaftes Wachstum von Sargassum lässt sich laut den Mainzer Forschenden anhand der Beobachtung der Winde, der Meerestemperatur und dem dadurch beeinflussten Auftrieb von Tiefenwasser im äquatorialen Atlantik besser vorhersagen. „Die Zukunft von Sargassum im tropischen Atlantik hängt letztendlich davon ab, wie sich die Erderwärmung auf die Prozesse auswirkt, die für die Zufuhr von überschüssigem Phosphor in den äquatorialen Atlantik verantwortlich sind,“ sagt Alfredo Martínez-García, Gruppenleiter am Max-Planck-Institut für Chemie. Mit seinem Team möchte er detailliertere Informationen über diesen Mechanismus liefern, indem er neue Korallenproben von verschiedenen Standorten in der Karibik misst. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen, dass dies hilft, die Auswirkungen der Algenblüten auf die Riffökosysteme und Küstengemeinden in der Karibik zu verringern.
Jonathan Jung
Max-Planck-Institut für Chemie
E-Mail: jonthan.jung@mpic.de
Dr. Alfredo Martínez-García
Max-Planck-Institut für Chemie
E-Mail: a.martinez-garcia@mpic.de
Equatorial upwelling of phosphorus drives Atlantic N2 fixation and Sargassum blooms
Jonathan Jung, Nicolas N. Duprey, Alan D. Foreman, Juan Pablo D’Olivo, Carolin Pellio, Yeongjun Ryu, Erin L. Murphy, Baseerat Romshoo, Diego K. Kersting, Gabriel O. Cardoso, Tanja Wald, François Fripiat, Carlos Jimenez, Eberhard Gischler, Paolo Montagna, Carlos Alonso-Hernández, Miguel Gomez-Batista, Christina Treinen-Crespo, José Carriquiry, Maria Rosabelle Ong, Nathalie F. Goodkin, Reia Guppy, Hedy Aardema, Hans Slagter, Lena Heins, Isabella Hrabe de Angelis, Aaron L. Bieler, Maayan Yehudai, Trevor P. Noël, Kendon James, Denis Scholz, Chuanmin Hu, Brian B. Barnes, Andrea Pozzer, Christopher Pöhlker, Jos Lelieveld, Ulrich Pöschl, Hubert Vonhof, Gerald H. Haug, Ralf Schiebel, Daniel M. Sigman, and Alfredo Martínez-García
Nature Geoscience, 5. November 2025
Doi: 10.1038/s41561-025-01812-2
Auf Grenada ziehen Jungen ihr Boot durch einen Sargassum-Teppich. Seit 2011 vermehrt sich die Brauna ...
Source: Jonathan Jung
Copyright: Max-Planck-Institut für Chemie, Jonathan Jung
Criteria of this press release:
Journalists, Scientists and scholars, Teachers and pupils
Biology, Chemistry, Environment / ecology, Geosciences
transregional, national
Research projects
German
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