Anpassungsfähigkeit von Kalkalge enträtselt

Die einzellige Alge Emiliania huxleyi ist gerade mal fünf bis zehn Tausendstel Millimeter groß, also achtmal kleiner als der Durchmesser eines menschliches Haares. Sie kommt in fast allen Ozeanen der Welt vor, nur nicht im sehr kalten Polarmeer. Wenn sie blüht, tritt sie in so großen Mengen auf, dass die Algenblüte als milchig-weißer Schleier sogar aus dem Weltraum zu sehen ist. Ohne die kalkbildene Mikroalge gäbe es keine Kreidefelsen auf Rügen oder weiße Klippen von Dover in England. Diese Vorkommnisse sind nichts anderes als über Jahrmillionen gebildete riesige Kalkschuppen-Halden solcher Algen. Wissenschaftler vermuten zudem, dass die Einzeller dem Klimawandel entgegen wirkt, indem sie beim Bau ihrer Kalkschuppen der Atmosphäre große Mengen an CO₂ entzieht und bindet.

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam das Genom der Kalkalge Emiliania huxleyi entschlüsselt und dabei eine Erklärung für die enorme Anpassungsfähigkeit und Verbreitung des Einzellers gefunden. Sie besitzt ein sogenanntes Pan-Genom. Das bedeutete, dass die Algen alle einen bestimmten, vergleichsweise geringen Grundsatz an Genen teilen, der abhängig vom Lebensraum durch unterschiedliche Gene ergänzt wird. Vergleicht man beispielsweise die Erbinformation zweier Menschen miteinander, stimmen sie zu 99 Prozent überein. Bei zwei Kalkalgen-Stämmen aus verschiedenen Meeresregionen gibt es gerade mal eine Übereinstimmung von 70 oder 80 Prozent. Der Rest der DNS ist austauschbar. Bisher war diese genetische Besonderheit nur bei Bakterien bekannt.

"Wenn wir das Genom kennen, können wir sehr viel darüber erfahren, was der Organismus alles kann und wie er auf Veränderungen, zum Beispiel im Zuge des Klimawandels reagiert", so Algenforscher Klaus Valentin vom AWI. Durch ihre genetische Flexibilität kann sich die Mikroalge an nahezu alle Lebensbedingungen im Meer anpassen und ist in fast allen Ozeanen lebensfähig. Die AWI-Forscher identifizierten bei der Studie unter anderem eine Gruppe von Genen, die es der Kalkalge erlaubt mit geringem Phosphor-, Eisen-, oder Stickstoffgehalt zu wachsen. Außerdem fanden sie ein Set an Genen, die dafür verantwortlich sind, dass die Alge auch durch zu hohe Sonneneinstrahlung nicht verletzt wird. "Diese große genetische Vielfalt wird es der Alge hoffentlich erlauben, mit den gegenwärtigen Veränderungen der Meere wie dem Anstieg der Wassertemperatur und des Kohlenstoffdioxidgehalts fertig zu werden", sagt AWI-Biologe Uwe John. Die Genom-Daten bieten den Wissenschaftlern vom AWI und ihren internationalen Kollegen Grundlage für weiterführende Untersuchungen, um beispielsweise zu verstehen, wie die zunehmende Versauerung des Ozeans die Stoffwechselprozesse im Inneren der Kalkalge beeinflussen.

Pressemeldung des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung

Emiliania huxleyi, eine Mikroalge ganz groß! - Hintergrundinformationen zur Mikroalge