Häufige Fragen zu Cyanobakterien / Blaualgen

Blüte der Burgunderblutalge Planktothrix rubescens, Hallwilersee (Eawag, Sabine Flury)

Blüte der Burgunderblutalge Planktothrix rubescens, Hallwilersee
(Eawag, Sabine Flury)

FAQs

Was sind Blaualgen ?

Aus wissenschaftlicher Sicht sind Blaualgen keine Algen, sondern Bakterien, da sie keinen echten Zellkern besitzen. Cyanobakterien, wie sie korrekterweise genannt werden, gehören zu den ältesten Lebensformen der Erde und man nimmt an, dass sie die ersten Organismen waren, die ihre Energie durch Photosynthese gewinnen konnten und Sauerstoff in die Atmosphäre abgaben. Es gibt mehrere tausend Arten von Cyanobakterien auf unserem Planeten, und sie sind die am häufigsten vorkommenden photosynthetischen Mikroorganismen in den Ozeanen. Bisher ist bekannt, dass etwa 40 Arten Stoffwechselprodukte produzieren, die für Tiere toxisch sind. In Seen kommen Cyanobakterien vor allem im Sommer und Herbst vor.

Was begünstigt eine massenhafte Vermehrung (Blüte) von Cyanobakterien?

Für eine Massenvermehrung ("Blüte") von Cyanobakterien sind ruhiges, warmes Wasser, starke Sonneneinstrahlung und ausreichend Nährstoffe (Stickstoff und Phosphor) erforderlich. Wenn die Bedingungen stimmen, können sich Blüten innerhalb von Tagen oder Wochen bilden. Einige Cyanobakterien besitzen Gasbläschen in ihren Zellen, mit denen sie ihren Auftrieb regulieren können (wie bei einem U-Boot). Im Sommer, der durch warmes und ruhiges Wasser gekennzeichnet ist, können sie so durch Absinken in der stabilen Wassersäule auf Nährstoffe zugreifen und in die oberste Wasserschicht aufsteigen, um auf Licht zuzugreifen. Ihre Toleranz gegenüber hohen Temperaturen und viel Licht, kombiniert mit der einzigartigen Fähigkeit einiger Arten, atmosphärischen Stickstoff zu nutzen, macht sie dort fast konkurrenzlos. Zudem können die Bildung grosser Kolonien und die Produktion toxischer Metaboliten eine Massenvermehrung begünstigen, weil die Cyanobakterien so dem pflanzenfressenden Zooplankton entgehen. Wichtig zu wissen: Auch andere Arten (z.B. die ungiftige Kieselalge Fragilaria) können sich unter bestimmten Bedingungen massenhaft vermehren und auf der Oberfläche des Sees Schaum und Matten bilden.

Obwohl die Bedingungen für eine Blüte im Spätsommer günstiger sind, führen die Wechselwirkungen zwischen den Umweltbedingungen zu grossen saisonalen und jährlichen Schwankungen der Cyanobakterienhäufigkeit. Einige toxinproduzierende Stämme können früh in der Sommersaison auftreten, während andere nur im Spätsommer und Frühherbst zu finden sind.

Besteht auch ein Risiko in Bächen und Flüssen?

Ausser in Fluss-Stauhaltungen oder an Mündungen nein. In turbulentem Wasser sind die Cyanobakterien nicht so konkurrenzfähig wie andere Arten und vermehren sich nicht massenhaft. Obwohl Cyanobakterien in den meisten Oberflächengewässern und an Land Teil der natürlichen Lebensgemeinschaft sind, dominieren sie in der Regel nicht und stellen kein Risiko dar. In Bächen und Flüssen können jedoch andere Hygieneprobleme auftreten, z.B. weil bei starken Regenfällen ungeklärtes Abwasser überlaufen oder weil in Trockenperioden die Verdünnung unterhalb von Kläranlagen unzureichend ist.

Muss in Zukunft mit mehr Blaualgen-Blüten gerechnet werden?

Zahlreiche Studien weisen darauf hin, dass die globale Erwärmung, Eutrophierung (Überdüngung) und steigende CO2-Werte die Häufigkeit, Intensität und Dauer von Cyanobakterienblüten wahrscheinlich in vielen aquatischen Ökosystemen weltweit erhöhen werden. Die Mechanismen, die eine Cyanobakterienblüte antreiben, sind jedoch nach wie vor eine Forschungsfrage, auf die es keine definitive Antwort gibt. Es gibt zum Beispiel drei Hypothesen, warum sporadische Blüten auch in Seen auftreten, die nicht nährstoffreich sind: 1) ein zufälliges Ereignis führt zu einer Nährstoffspitze (Zuflüsse vom Land, turbulente Vermischung); 2) Zooplankton frisst die Arten selektiv, nicht essbare Cyanobakterien häufen sich; 3) Wind treibt die aufschwimmenden Zellen an bestimmte Stellen und konzentriert sie in Ufernähe. Die wichtigsten Faktoren sind wahrscheinlich von See zu See unterschiedlich und zumeist dürfte ein Zusammenspiel aller drei Faktoren den Ausschlag für eine Blüte geben.

Steigende Temperaturen können Cyanobakterien direkt und indirekt fördern: Wärmeres Wasser kann die Wachstumsraten von Cyanobakterien (und damit die Gesamtbiomasse) erhöhen. Eine Erhöhung der Oberflächenwassertemperatur kann sich auch auf die Cyanobakterienblüten auswirken, indem sie die Dichte und physikalische Struktur des Seewassers verändert. Beispielsweise werden Seen immer schlechter durchmischt, weil wärmeres, leichteres Oberflächenwasser in milden Wintern nicht in die Tiefe sinkt. Cyanobakterien profitieren also von den länger anhaltenden sommerlichen Bedingungen, die ihr Wachstum begünstigen, und von der fehlenden Tiefenwasserdurchmischung, die verhindert, dass sie absinken und am Seeboden zersetzt werden.

Eine Eawag-Studie in der Schweiz ergab, dass Cyanobakterien in den letzten 100 Jahren in den Seen rund um die Alpen immer häufiger vorkommen. Die Studie zeigte auch, dass sich die Zusammensetzung der Cyanobakterien-Gemeinschaft in allen Seen, unabhängig von der geografischen Lage, immer ähnlicher geworden ist. Die Hauptnutzniesser der anhaltenden globalen Erwärmung und des zeitweiligen Nährstoffüberschusses des späten 20. Jahrhunderts sind die Arten, die besser an ruhige Gewässer angepasst sind, und einige von ihnen sind potenziell toxisch. Infolgedessen besteht heute in fast allen Seen und nicht nur in einigen wenigen das Risiko sporadischer Blüten. Eine Studie aus dem Jahr 2017 prognostiziert, dass in den USA die durchschnittliche Anzahl der Tage mit schädlichen Cyanobakterienblüten pro Gewässer von etwa 7 Tagen pro Jahr auf 18-39 Tage im Jahr 2090 ansteigen wird.

Welches sind Risiken für Badende?

Nicht alle Cyanobakterienblüten sind toxisch, und die verschiedenen Metaboliten können in ihrer Toxizität stark variieren. Generell können die Zellen bei hohen Dichten bei Erholungsaktivitäten am und im Wasser für die menschliche Gesundheit schädlich sein, insbesondere für Kleinkinder. Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation besagen, dass milde Symptome bei 20'000 Cyanobakterienzellen pro mL auftreten können. Zu diesen Symptomen gehören Hautausschläge und gerötete Augen. Wenn die Cyanobakterienzahl höher ist, 100'000 Zellen pro ml, kann die Toxinkonzentration kritische Werte erreichen, was zu Atembeschwerden und grippeähnlichen Symptomen führen kann. Gefährlich wird es, wenn in einem Abschnitt des Sees (meist bedingt durch Wind) Konzentrationen von mehr als 10-100 Millionen Zellen pro mL auftreten und dort Wasser geschluckt wird. Das kann bei Badenden zu Vergiftungssymptome wie Übelkeit und Durchfall führen.

Welches sind die Risiken für Tiere?

Tiere, vor allem Hunde, werden viel wahrscheinlicher vergiftet als Menschen, da sie am Ufer grössere Mengen Wasser trinken (wo die Konzentration von Cyanobakterien im Allgemeinen höher ist) und nach dem Schwimmen ihr Fell lecken. Die Kombination aus der höheren Wasseraufnahme und ihrem relativ geringen Körpergewicht stellt ein besonderes Risiko dar für die Tiere. Oft ist leider das erste Anzeichen, dass eine Blüte von Cyanobakterien vorhanden ist, ein kranker Hund, der in stehendem Wasser geschwommen ist, oder eine kranke Kuh, die Wasser aus einem Teich mit einer Blüte getrunken hat.

Welches sind die Wirkungen für das Ökosystem?

Canobakterienblüten sind normalerweise für pflanzenfressendes Plankton nicht essbar. Sie tragen deshalb nichts bei zur Produktivität der gesamten Nahrungskette (d.h. der Fischbestände). Nach dem Absterben einer Cyanobakterienblüte sinken grosse Mengen organischer Substanz auf den Seeboden, wo sie von Bakterien zersetzt werden. Dies führt zu einem Sauerstoffdefizit in tieferen Wasserschichten, was zwei negative Folgen hat: Es werden vermehrt Nährstoffe aus den Sedimenten freigesetzt (was die nächste Cyanobakterienblüte begünstigt) und Fische können im Tiefenwasser nicht leben oder laichen. Grosse Cyanobakterienblüten verschärfen somit die Überdüngung oder verlangsamen die Erholung der Seen.

Wie kann ein Risiko vermieden werden?

  • Schwimmen Sie nicht in Gebieten, in denen das Wasser schlecht riecht (muffig, erdig), sehr grün ist oder wo viel Schaum oder Algenmatten aufschwimmen. Wenn Sie Ihre Füsse nicht sehen können, meiden Sie das Wasser. Halten Sie vor allem Kinder von solchen Bereichen fern, da diese aufgrund ihres geringeren Körpergewichts und ihrer Neigung, beim Spielen Wasser zu trinken oder Sand zu essen, einem höheren Risiko ausgesetzt sind als Erwachsene.
  • Wenn Sie oder Ihre Kinder in Wasser schwimmen, das eine Cyanobakterienblüte aufweisen könnte, spülen Sie es so schnell wie möglich mit frischem Wasser und Seife ab; wechseln Sie die nasse Badekleidung und waschen Sie diese schnell.
  • Lassen Sie Haustiere oder Vieh nicht in Bereichen schwimmen oder trinken, in denen das Wasser sehr grün ist oder in denen Sie Schaum oder Algenteppiche sehen.
  • Wenn Haustiere (insbesondere Hunde) in schmutzigem Wasser schwimmen, spritzen Sie sie sofort ab - lassen Sie sie nicht die Algen von ihrem Fell lecken.
  • Suchen Sie sofort ärztlichen Rat, wenn Sie glauben, dass Sie, Ihr Haustier oder Ihr Vieh durch Giftstoffe vergiftet worden sein könnten.

Welche Toxine stammen von Blaualgen?

Bei den Toxinen und anderen bioaktiven Verbindungen, die von Cyanobakterien produziert werden, handelt es sich um eine vielfältige Gruppe von chemischen Substanzen, die nach ihren spezifischen toxischen Wirkungen kategorisiert werden:

  • Neurotoxine wirken auf das Nervensystem.
  • Hepatotoxine wirken auf die Leber.
  • Tumorpromotoren sind Chemikalien, die bei chronischer Exposition das Tumorwachstum steigern können.
  • Lipopolysaccharide sind Chemikalien, die den Magen-Darm-Trakt und das Immunsystem beeinflussen können.

Ab welchen Mengen werden Blaualgen gefährlich?

Mehrere Länder haben Richtlinien für Cyanobakterien im Wasser festgelegt. Es ist wichtig zu beachten, dass für Trinkwasser und Freizeitgewässer unterschiedliche Grenzwerte festgelegt wurden. Die meisten Länder verwenden die Richtlinien der Weltgesundheitsorganisation WHO, so auch die Schweiz. In diesen Richtlinien liegt der Schwerpunkt auf Cyanobakterien-Zellzahlen und Cyanobakterien-Toxin-Konzentrationen. In Süsswasser stammt das Toxin, das beurteilt wird, aus den Gruppen der Microcystine (d.h. Microcystin-LR, das z.B. von Microcystis aeruginosa und dem Burgunder Blutbakterium Planktothrix rubescens produziert wird), da diese am häufigsten vorkommen und am besten untersucht sind. Die Konzentration von Microcystinen wird daher in vielen Ländern zur Beurteilung der Badegewässerqualität herangezogen. Microcystine gehören zu den Hepatotoxinen. Es wird auch vermutet, dass sie neurotoxisch sind.

Die WHO klassifiziert in ihren Richtlinien (guidelines for safe recreational water environments ) drei Risikokategorien:

Risiko

Cyanobakterienzellen pro ml

mögliche Symptome

niedrig

20 000 Zellen/ml

Hautreizung, gastrointestinale Erkrankungen

mittel

100 000 Zellen/ml

+ längere Erkrankung

hoch

Algenteppich, 10-100 Millionen Zellen/ml

+ akute Vergiftungen

 

Einige Länder schlagen zusätzlich zu den Zellzahlen auch Grenzwerte für das Toxin Microcystin-LR vor, zum Beispiel setzen Deutschland und Frankreich Grenzwerte von >10 µg/L bzw. 25µg/L für ein mittleres bis hohes Risiko (entspricht >100 000 Cyanobakterienzellen/ml) fest.

Cyanobakterien produzieren jedoch viele andere bioaktive Substanzen. Derzeit sind 2000 identifiziert worden, darunter etwa 300, die zur Klasse der Microcystine gehören. Die Forschung zu den meisten dieser Verbindungen steht erst am Anfang, es gibt noch keine Richtlinien, aber es gibt Hinweise darauf, dass einige Substanzen auch Risiken bergen könnten. Drei weitere Substanzen, die ausreichend untersucht sind, sollen 2020 in die Aktualisierung der WHO-Richtlinien aufgenommen werden: Saxitoxin und Anatoxin, beide neurotoxisch, sowie das zytotoxische Cylindrospermopsin.

Wer kontrolliert das Badewasser?

Die Kantone sind verantwortlich für die Überwachung der Wasserqualität der Seen und die Information der Öffentlichkeit, einschliesslich des Erlasses von Badeverboten, wenn Giftstoffe gefunden werden. Bei Badegewässern sind dies meist die kantonalen Laboratorien der Lebensmittelinspektion und des Konsumentenschutzes oder in einigen Kantonen die Laboratorien der Gewässerschutzämter. Das Bundesamt für Umwelt (BAFU) sammelt die kantonalen Daten und stellt sie für nationale Berichte zur Verfügung. Gemäss der Gewässerschutzverordnung des Bundes muss die Wasserqualität der Oberflächengewässer so beschaffen sein,  «dass die hygienischen Voraussetzungen für das Baden dort gewährleistet sind, wo dieses von der Behörde ausdrücklich gestattet ist oder wo üblicherweise eine grosse Anzahl von Personen badet und die Behörde nicht davon abrät.» (GSchV, Anhang 2, Art. 11, 1e).

Können Blaualgen auch ins Trinkwasser gelangen?

Die Lage der Entnahmestellen in tieferen Wasserschichten verhindert, dass die sommerlichen Algenteppiche von der Oberfläche in das System gelangen, wenn Seewasser als Trinkwasser verwendet wird. Bei der Durchmischung des Sees (meist im Winter) können aber auch Cyanobakterien angesaugt werden. Die Wasserversorgungsunternehmen überwachen daher das Rohwasser genau und verhindern mit einer angepassten Aufbereitung effizient, dass Cyanotoxine in das gelieferte Trinkwasser gelangen.

Spannende Fakten

  • Man geht davon aus, dass die Cyanobakterien die ersten Organismen waren, die über Photosynthese Sauerstoff in die Erdatmosphäre abgegeben haben. Damit haben sie die Entwicklung des Lebens, wie wir es kennen, ausgelöst.
  • Cyanobakterien kommen überall auf der Welt vor, sogar in extremen Umgebungen wie Wüsten, heissen Quellen und hochalpinen Seen.
  • Flechten, die auf Felsen und Bäumen wachsen, bestehen aus Pilzen und Cyanobakterien, die in einer für beide vorteilhaften Beziehung (Symbiose) leben.
  • Spirulina-Tabletten sind ein Nahrungsergänzungsmittel, das aus zwei Arten von Cyanobakterien hergestellt wird, die keine toxischen Microcystine produzieren.

Weitere Infos und Links

Expertinnen und Experten an der Eawag

Gruppenleiter Phytoplankton, Abteilung Aquatische Ökologie

Dr. Elisabeth JanssenSenior Scientist / GruppenleiterTel. +41 58 765 5428E-Mail senden

Gruppenleiterin für Umweltchemie von Biomolekülen und Schadstoffen, Abteilung Umweltchemie

Fotos

Burgunderblutalge Planktothrix rubescens, Hallwilersee (Eawag, Sabine Flury)
Microcystis aeruginosa, Greifensee (Eawag, Francesco Pomati) und Greifensee (Kantonales Labor ZH, Rene Schittli)
Microcystis aeruginosa, Greifensee (Eawag, Francesco Pomati) und Greifensee (Kantonales Labor ZH, Rene Schittli)

Cyanobakterien-Blüten. Links: Burgunderblutalge Planktothrix rubescens, Hallwilersee (Eawag, Sabine Flury); mitte und rechts: Microcystis aeruginosa im Greifensee (mitte: Eawag, Francesco Pomati; rechts: Kantonales Labor ZH, Rene Schittli)

Anabeana sp
Planktothrix tenuis
Microcystis

Cyanobacterien unter dem Mikroskop, von links: Anabaena sp.; Planktothrix tenuis, Microcystis (Photos: Eawag)