Abteilung Oberflächengewässer

Wie Biogeochemie das Ökosystem im Tanganjikasee formt

Fischer am Tanganjikasee fahren am Abend hinaus ins offene Wasser, um ihre Netze auszuwerfen (B. Ehrenfels)
Fischer am Tanganjikasee fahren am Abend hinaus ins offene Wasser, um ihre Netze auszuwerfen (B. Ehrenfels)
Karte des Tanganjikasees mit den neun Stationen unserer Forschungsausfahrten
Karte des Tanganjikasees mit den neun Stationen unserer Forschungsausfahrten

Warum untersuchen wir den Tanganjikasee?

Der Tanganjikasee ist der längste Süßwassersee der Erde. Seine Nord-Süd Ausdehnung von 673 km entspricht in etwa der Entfernung von Zürich nach Berlin. Außerdem beherbergt er die zweitgrößte Binnenfischerei Afrikas. Leider nehmen seine Fischbestände im Zuge von Überfischung und Klimawandel ab. Man kann am Beispiel des Tanganjikasee also viel darüber lernen, wie sich unmittelbare (Überfischung) sowie subtilere, globale menschliche Umwelteingriffe (Klimawandel) auf ein großes Seeökosystem auswirken.

Die Nährstoffdynamik ist entscheidend für die Fischproduktion

Der Klimawandel erwärmt die oberen Wasserschichten des Sees und verstärkt somit die thermische Schichtung der Wassersäule (Stratifizierung). Das hat zur Folge, dass weniger Nährstoffe aus dem Tiefenwasser ins nährstoffarme, lichtdurchflutete Oberflächenwasser gelangen. Die Nährstoffarmut verlangsamt das Algenwachstum, mit Folgen für das gesamte Nahrungsnetz. Da in aquatischen Nahrungsnetzen alles höhere Leben von Algen und Bakterien abhängt, bedeuten weniger Algen letzten Endes auch weniger Fische.

Die Geschichte könnte aber einen Helden haben: stickstofffixierende Cyanobakterien. Sie haben die außergewöhnliche Fähigkeit, Stickstoff aus der Luft (N2) fixieren zu können, wohingegen andere Algen auf gelösten anorganischen Stickstoff (DIN) angewiesen sind (Abb. 1). Da Stickstoff der wachstumslimitierende Nährstoff im Tanganjikasee ist, könnten stickstofffixierende Cyanobakterien  den verminderten Nährstofftransport kompensieren und womöglich eine ebenso produktive Bakterien- und Algengemeinschaft aufrecht erhalten. 


Regionale und saisonale Schwankungen als Freilandlabor

Glücklicherweise bieten die hydrologischen Schwankungen im Tanganjikasee eine Chance, um den Einfluss zunehmender Stratifizierung auf Nährstoff- und Nahrungsnetzdynamik abzuschätzen. Während der Regenzeit ist der See stark stratifiziert, wohingegen die Wassersäule in der Trockenzeit zumindest teilweise durchmischt wird. Diese Durchmischung ist im Süden sehr viel ausgeprägter, als im Norden des Sees (Abb. 1).

Abb. 1. Fischproduktion bei Durchmischung und Stratifizierung im Tanganjikasee (B. Ehrenfels)
Abb. 1: Die Fischproduktion des Stickstofflimitierten Tanganjikasees ist hoch, wenn die Wassersäule gut durchmischt ist, da gelöster anorganischer Stickstoff (DIN) aus der Tiefe effizient ins Oberflächenwasser gelangt und dort das Wachstum nährreicher Algen befördert (links). Im Gegensatz dazu, verlangsamt starke Stratifizierung den Nährstofftransport – Bedingungen, unter welchen stickstofffixierende Cyanobakterien gedeihen könnten. Wir wissen jedoch weder, ob diese biologische Stickstofffixierung den verminderten Nährstofftransport kompensieren kann, noch ob sie eine ebenso produktive Algen- und Bakteriengemeinschaft aufrechterhalten kann.

Was möchten wir mit diesem Projekt erreichen?

Indem wir den Tanganjikasee über seine ganze Länge während der Regen- und der Trockenzeit beproben, möchten wir einige der Unbekannten in den oben dargelegten Zusammenhängen angehen:

Gibt es mehr Stickstofffixierung wenn die Wassersäule stark stratifiziert ist?
Können diese biologischen Stickstoffeinträge den reduzierten Nährstofftransport ausgleichen?
Welche Bedingungen brauchen stickstofffixierende Cyanobakterien zum Wachsen?
Fördern Durchmischung oder Stratifizierung Stickstoffverluste indem sie die Aktivitäten von Bakterien im Tiefenwasser beeinflussen?
Ändern sich die Nahrungsnetzinteraktionen zwischen durchmischten und stratifizieren Phasen?

Wir untersuchen diese Fragen mit hochaufgelösten Sensormessungen, chemischen Standardanalysen, sowie ausgefeilten isotopischen und genetischen Methoden. In einem weiteren Doktoratsprojekt untersucht Julian Junker die Ökologie und Genetik der pelagischen Fische. Indem wir unsere Ergebnisse kombinieren, können wir herausfinden, ob die regionalen und saisonalen Stratizierungsmuster genetische Unterschiede in den Fischpopulationen hervorrufen. Die menschlichen Auswirkungen auf natürliche Ökosysteme zu verstehen ist unabdingbar, um diese langfristig und auf nachhaltige Weise zu nutzen.

Feldarbeit am Tanganjikasee