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Die unsichtbaren Treiber der Cyanobakterien-Blüten
20. Juli 2026 |
Wenn sich Cyanobakterien explosionsartig vermehren, ist Vorsicht geboten. Denn manche dieser auch als «Blaualgen» bekannten Bakterien produzieren Giftstoffe. Solche toxischen Algenblüten treten auch in Schweizer Seen immer wieder auf. Die Behörden raten dann dringend vom Baden ab oder sperren Seeabschnitte, weil das Verschlucken von Wasser zu Durchfall, Erbrechen und gar Leberschäden führen kann. Für Hunde kann ein Bad im Algenteppich sogar tödlich enden.
Rechtzeitig festzustellen, wann und wo Blaualgenteppiche entstehen, ist eine Herausforderung. Wenn die Bedingungen stimmen, bilden sich Blaualgenblüten innerhalb weniger Tage. Voraussetzungen dafür sind warme Wassertemperaturen und hohe Nährstoffgehalte. «Heute werden für Vorhersagen fast ausschliesslich solch abiotische Umweltfaktoren herangezogen, doch für genaue Prognosen reicht das nicht», sagt Francesco Pomati, Leiter der Forschungsgruppe «Plankton-Ökologie» am Wasserforschungsinstitut Eawag.
Denn wie gut toxische Cyanobakterien wachsen, hängt auch massgeblich davon ab, welche anderen Lebewesen in ihrer Nachbarschaft vorkommen und wie sie mit ihnen interagieren. Das zeigt eine kürzlich im Fachmagazin «Nature Ecology & Evolution» erschienene Langzeituntersuchung des Plankton-Ökologie-Teams. Erstautorin der Studie ist die Eawag-Doktorandin Pinelopi Ntetsika. Sie hat dafür Unmengen von Daten ausgewertet, welche die Forschungsgruppe über einen Zeitraum von fünf Jahren im Greifensee im Kanton Zürich im Rahmen des Langzeitprojekts «Aquascope» erhob.
Unterwassermikroskop im See
Ziel von «Aquascope» ist es, Planktongemeinschaften in ihrer natürlichen Umgebung zu untersuchen, ohne die Interaktionen und die Dynamik der Arten zu beeinträchtigen. Ein automatisiertes Unterwassermikroskop fotografiert rund um die Uhr stündlich alle im Wasser vorkommenden Organismen von fünf Mikrometern bis zu einem Zentimeter Grösse und klassifiziert sie mithilfe künstlicher Intelligenz. «Die Kamera erlaubt es uns, in eine völlig neue Welt einzutauchen und erstmals Plankton direkt in einem See zu fotografieren», sagt Francesco Pomati. «Wir haben quasi ein Auge im Wasser und beobachten diese winzigen, wunderschönen Geschöpfe – wie mit einer Wildtierkamera in der Savanne.»
Insgesamt erfassten die Forschenden im Untersuchungszeitraum 83 verschiedene Gruppen von planktonischen Organismen. Gemeinsam mit allen wichtigen physikalischen und chemischen Parametern kamen mehr als 1700 Messpunkte pro Tag zusammen. So liess sich ein beispiellos genaues Bild davon zeichnen, wie Cyanobakterien-Populationen von Tag zu Tag zu- oder abnahmen.
Die Studie konzentrierte sich auf zwei weltweit bedeutende Gruppen toxischer Cyanobakterien: Microcystis und Dolichospermum. Beide können gefährliche Gifte produzieren, unterscheiden sich aber in ihrer ökologischen Strategie. Microcystis bildet häufig dichte Oberflächenblüten in warmem, nährstoffreichem Wasser. Dolichospermum bevorzugt eher mässige Nährstoffbedingungen.
Das Unterwassermikroskop im Greifensee fotografiert selbst winzige Planktonarten. Das Aquascope hält sie stündlich fotografisch fest. (Fotos: Eawag)
Fressfeinde und Förderer
Um zu verstehen, warum sich die Cyanobakterien-Bestände verändern, berechneten die Forschenden die tägliche Zu- oder Abnahme der Biomasse – die sogenannten Netto-Wachstumsraten. Mithilfe einer erst kürzlich entwickelten Analysemethode quantifizierten sie, wie stark ein bestimmter Faktor die Temperatur- und Nährstoffbedingungen veränderte, die für ein Cyanobakterienwachstum nötig sind. Die Ergebnisse zeigen ein hochkomplexes System. Klassische Umweltfaktoren wie Temperatur oder Phosphat beeinflussen die Cyanobakterien zwar deutlich. «Doch auf der täglichen Zeitskala erwiesen sich biologische Faktoren als noch wichtiger», sagt Pinelopi Ntetsika.
Besonders grosse Effekte hatten bestimmte Gruppen von Zooplankton und anderen Algen. Hemmend auf Cyanobakterien wirken etwa sogenannte Rädertierchen, mikroskopisch kleine Wassertiere, die ihren Namen von einem Wimpernkranz am Kopf haben, der sich wie rotierende Räder bewegt. Hohe Rädertierchen-Dichten erhöhten die Wassertemperatur, die für eine Anhäufung von Dolichospermum-Biomasse notwendig ist, um rund 13 Grad Celsius. «Offensichtlich fressen Rädertierchen die Cyanobakterien und agieren als Regulator», sagt Pinelopi Ntetsika. «Das war überraschend. Bislang ging man davon aus, dass Wasserflöhe, sogenannte Daphnien, die wichtigsten Fressfeinde der Cyanobakterien sind.»
Andere Organismen hatten den gegenteiligen Effekt. Insbesondere Chrysophyten, eine Gruppe meist goldbraun gefärbter Einzeller, scheinen das Wachstum von Cyanobakterien zu fördern. In ihrer Gegenwart wuchsen Dolichospermum-Bestände bereits bei knapp neun Grad niedrigeren Wassertemperaturen und unter extrem geringen Phosphorkonzentrationen.
Neue Vorhersage-Möglichkeiten
Wie solch synergistische Wechselwirkungen zustande kommen, ist bisher kaum untersucht. Es könnte beispielsweise sein, dass eine Art bestimmte Stoffwechselprodukte ausscheide, die eine andere Art als Nährstoffquelle benötige, sagt Pinelopi Ntetsika. «Oder: Ein Plankton-fressender Organismus bevorzugt eine Grünalge, weil sie einfacher verdaulich ist als eine Blaualge. Kommen beide nebeneinander vor, profitiert die Blaualge, weil der Frassdruck auf sie sinkt.»
Günstige Bedingungen für eine Algenblüte entstehen also laut der Studie in dynamischen Prozessen durch das Zusammenspiel zahlreicher Arten im Ökosystem. Eine Temperatur, die in einem Jahr keine Blüte auslöst, kann unter veränderten biologischen Bedingungen plötzlich hochproblematisch werden. Umgekehrt muss nicht jeder warme Sommer in einem nährstoffreichen See zwangsläufig zu einer massenhaften Blaualgen-Vermehrung führen.
Die Ergebnisse haben auch praktische Bedeutung für das Gewässermanagement. Statt sich auf Temperatur, Phosphor oder Stickstoff zu beschränken, schlagen die Forschenden vor, in Zukunft auch stärker bestimmte Planktongruppen zu beobachten. Die Häufigkeit von Rädertierchen, Wasserflöhen oder Chrysophyten könnte Hinweise darauf liefern, ob sich in einem See eine Cyanobakterienblüte anbahnt.
Allerdings sind die Interaktionen zwischen den Arten äusserst komplex und standortabhängig. «Unsere Resultate gelten für den Greifensee – in anderen Seen sind womöglich andere Arten und Wechselwirkungen wichtig für das Cyanobakterien-Wachstum», sagt Pinelopi Ntetsika. Um solche Unterschiede zu erforschen, braucht es mehr Untersuchungen – und mehr automatisierte Unterwassermikroskope, wie sie das Team im Greifensee benutzt. Francesco Pomati und Pinelopi Ntetsika sind überzeugt: So lassen sich die Geheimnisse der Blaualgenblüten Schritt für Schritt lüften.
Titelbild: Was wie Schmutz-Schlieren aussieht, sind in Wirklichkeit giftige Cyanobakterien. (Foto: Francesco Pomati, Eawag)
Originalpublikation
Ntetsika P.; Eyring S.; Merz E.; Reyes M.; Käch B.; Munch S.; Dennis S.; Baity-Jesi M.; Pomati F. (2026) Biotic interactions shape the realised niche of toxic cyanobacteria, Nature Ecology & Evolution, https://www.nature.com/articles/s41559-026-03131-0
