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Jul 09, 2023

Die Lebensader unseres Planeten

Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte erschien ursprünglich in der Herbstausgabe 2023 des ASU Thrive Magazins. Im klaren blauen Wasser der Sargassosee schwimmen alle Arten von Meereslebewesen: Aale, Weiße Marline und Wale

Anmerkung der Redaktion:Diese Geschichte erschien ursprünglich in der Herbstausgabe 2023 des ASU Thrive Magazins.

Im klaren blauen Wasser der Sargassosee schwimmen alle Arten von Meereslebewesen: Aale, Weiße Marline und Walhaie; Schildkröten, Mantarochen und sogar Buckelwale. Das Meer, eine Region im Atlantischen Ozean, die die Bermuda-Inseln umfasst, ist eine Brutstätte der Artenvielfalt.

Aber auf dem Rücken der Atlantic Explorer – einem 170 Fuß langen Forschungsschiff, das dem Bermuda Institute of Ocean Sciences, einer Einheit des Julie Ann Wrigley Global Futures Laboratory an der ASU, gehört und von diesem betrieben wird – hofft der Doktorand im zweiten Jahr, Yuuki Niimi, darauf viel kleinere Lebewesen fangen: Zooplankton.

Es ist mitten in der Nacht, denn dann schwimmt Zooplankton aus den Tiefen des Ozeans an die Wasseroberfläche, um sich von Phytoplankton zu ernähren. Aber es ist nicht ganz stockfinster; Es gibt Lichter auf dem Schiff und blinkende grüne Blitzlichter an den im Wasser gezogenen Netzen, die das Zooplankton vorübergehend blenden und so das Fangen erleichtern.

Es kann ein bisschen beängstigend sein, gibt Niimi zu: Die Rückseite des Schiffes, wo sich der Mechanismus zum Absenken der Netze ins Wasser befindet, kann mit Meerwasser überflutet werden. Die Netze sind schwer. Das Boot bebt. Aber es lohnt sich, wenn er und seine Forscherkollegen erst einmal ein Netz aufziehen, um eine neue Welt zu sehen.

Yuuki Niimi, Doktorandin im zweiten Jahr, studiert auf den Bermudas.

„Wenn man zum ersten Mal ein Netz aufruft, fragen sich alle: ‚Was ist das? Das ist so seltsam!‘“, sagt Amy Maas, Assistenzprofessorin an der School of Ocean Futures und ASU BIOS-Fakultätsmitglied, die mit Niimi auf Forschungskreuzfahrten war.

„Es sieht aus wie eine geschäftige Stadt, aber in drei Dimensionen, oder wie eine sich drehende Galaxie. Es gibt all diese unterschiedlich geformten Dinge – und keines ist so geformt wie wir; Sie haben zu viele oder gar keine Beine – und sie flitzen in diesem Eimer herum“, sagt Maas.

Auf seiner ersten Forschungskreuzfahrt im Juli 2021 erinnert sich Niimi daran, wie Maas und Leocadio Blanco-Bercial – ein weiterer ASU-BIOS-Forscher und Assistenzprofessor an der School of Ocean Futures – die verschiedenen Zooplanktonarten problemlos identifizierten.

Aber er war verwirrt: War das Ding, das im Netz herumschwirrte, ein Krill oder eine Garnele? Die beiden können ähnlich aussehen, aber Krill, Zooplankton, auch Euphausiiden genannt, hat freiliegende Kiemen, obwohl man ein Mikroskop braucht, um das zu sehen. Nach mehreren Forschungsreisen und nächtelangen Studien im Schiffslabor gelang es Niimi schließlich, Krill und Flugsaurier zu identifizieren.

„Ich kann es einfach mit bloßem Auge betrachten und sagen: ‚Das ist diese Gattung‘ oder ‚Das ist diese Art‘“, sagt er.

Was einst nur „Staubkörner“ waren, sind heute eigenständige Lebewesen, von denen jedes eine wesentliche Rolle für die allgemeine Gesundheit des Ozeans spielt.

Zooplankton sind winzige Organismen mit einer Länge von Bruchteilen eines Millimeters bis zu Zentimetern und unterschiedlichen Formen. Krill sieht aus wie winzige Garnelen; Copepoden können Insekten ähneln, mit einem Antennenpaar auf ihrem tropfenförmigen Körper; und Pteropoden, planktonische Meeresschnecken, werden „Meeresschmetterlinge“ genannt, weil ihr Fuß zwei Flügeln ähnelt. Dann gibt es noch Phytoplankton, die mikroskopisch kleinen Algen, von denen sich Zooplankton ernährt und die in den oberen Schichten des Ozeans Photosynthese betreiben.

Auch wenn sie klein sind, spielt Plankton eine enorme Rolle.

„Zooplankton ist bei weitem das am häufigsten vorkommende Tier auf der Erde und trägt alle trophischen Netze in den Ozeanen“, sagt Blanco-Bercial.

Sie sind auch der erste Schritt in der biologischen Kohlenstoffpumpe, dem entscheidenden Ozeansystem, das Kohlenstoff aus der Atmosphäre bindet und ihn in der Tiefsee speichert.

„Wir müssen die entscheidenden Rollen dieser verschiedenen Zooplanktonarten kennen, damit wir wissen, wie sich die biologische Kohlenstoffpumpe ändern kann, wenn sich der Ozean verändert.“

— Susanne Neuer, Gründungsdirektorin der School of Ocean Futures

Die Pumpe funktioniert folgendermaßen: Zunächst fängt Phytoplankton Kohlendioxid durch Photosynthese ein.

„Denken Sie an das Äquivalent von Gras an Land. Das ist Phytoplankton im Ozean“, sagt Susanne Neuer, Gründungsdirektorin der School of Ocean Futures und Professorin für Ozeanbiogeochemie und eine von Niimis Beratern.

Dann stirbt das Phytoplankton ab und beginnt zu sinken, oder es wird vom Zooplankton gefressen, das Kotkügelchen mit organischem Kohlenstoff ausscheidet, die noch tiefer sinken. Dieses Zooplankton stirbt oder wird selbst von größeren Raubtieren gefressen – und sinkt. Da der organische Kohlenstoff immer weiter sinkt, wird er immer länger gespeichert. Wenn es in die Tiefsee gelangt, kann es bis zu 1.000 Jahre lang isoliert bleiben.

Ein „Seeelefant“-Heteropod unter dem Mikroskop und mit einer iPhone-Halterung dargestellt.

Niimi, Neuer und andere versuchen herauszufinden, welches Zooplankton es da draußen gibt, wohin es geht, wie viel es ausscheidet und wie viel Kohlenstoff oder andere Nährstoffe in all diesen sinkenden Partikeln enthalten sind. Nachdem sie das Zooplankton gesammelt haben, besteht ein Experiment darin, sie in Bechergläser zu stecken und zu sehen, wie viele Kotkügelchen sie produzieren und was sich darin befindet. Das Verständnis ihrer entscheidenden Rolle im Kohlenstoffkreislauf ist Teil eines Rätsels.

Die Ozeane nehmen durch diese Kohlenstoffpumpe etwa ein Viertel bis ein Drittel aller unserer Emissionen auf. Ohne sie hätten wir das 1,5-Grad-Celsius-Ziel des Pariser Klimaabkommens bereits übertroffen, sagt Neuer.

„Das Meer verschafft uns Zeit“, sagt Neuer. Und diese Zeit ist dem Plankton zu verdanken.

Doch während der Ozean dazu beiträgt, den Klimawandel einzudämmen, wird er auch davon beeinflusst. Die Forscher untersuchen die biologische Kohlenstoffpumpe, weil sich die Meere verändern, bereits jetzt wärmer und saurer werden.

„Wir müssen die entscheidenden Rollen dieser verschiedenen Zooplanktonarten kennen, damit wir wissen, wie sich die biologische Kohlenstoffpumpe ändern kann, wenn sich der Ozean verändert“, sagt Neuer, der Hauptforscher des Projekts.

Neuer begann vor etwa 15 Jahren mit Wissenschaftlern am ASU BIOS zusammenzuarbeiten. ASU BIOS selbst betreibt seit 120 Jahren ozeanografische Arbeiten. US-Wissenschaftler besuchten es erstmals im Jahr 1903 und führen seit Jahren Langzeitstudien durch – beispielsweise die Bermuda Atlantic Time-Series Study, die seit 1988 jeden Monat Daten über die physikalischen, biologischen und chemischen Eigenschaften des Ozeans durch Kreuzfahrten auf See sammelt . Wie Neuer und Niimi können andere Forscher auf diesen Schatz an historischen Daten zugreifen und diese Kreuzfahrten für ihre Arbeit nutzen.

„Das spart viel Zeit, Geld und Kopfschmerzen, wenn man weiß, dass diese Daten vorhanden sind“, sagt Blanco-Bercial, „und dann kann man sich auf die Frage konzentrieren, die man beantworten möchte.“

Im Jahr 2021 schlossen sich ASU und BIOS zusammen und verwandelten die Bermuda-Institution neben dem Center for Global Discovery and Conservation Science der ASU in Hawaii in ein Zentrum für das Julie Ann Wrigley Global Futures Laboratory.

„Der Zusammenschluss von BIOS und ASU eröffnet ASU-Studenten Meereswissenschaften“, sagt Neuer, einschließlich der Möglichkeit, Felderfahrungen zu sammeln und mit der Fakultät auf Bermuda zusammenzuarbeiten.

Leo Blanco-Bercial und Amy Maas, Assistenzprofessoren, bauen das Multiple Opening and Closing Net und das Environmental Sensing System zusammen, um Zooplankton in verschiedenen Meerestiefen zu sammeln.

Für die regelmäßige Forschung wird das Forschungsschiff Atlantic Explorer eingesetzt. Das Bermuda Institute of Ocean Sciences, heute Teil der ASU, misst seit 120 Jahren die Temperatur, den Säuregehalt und das Leben im Ozean im Atlantik.

Links: Das Rosetteninstrument für Leitfähigkeit, Temperatur und Tiefe. Rechts: Susanne Neuer entnimmt Wasserproben vom Instrument.

Leo Blanco-Bercial bereitet den Einsatz eines Netzes zum Fang von Zooplankton vor.

Yuuki Niimi und Leo Blanco-Bercial tragen eine Zooplankton-Netzschleppprobe.

Die Doktorandin im ersten Jahr, Andrea Brenner, beschriftet Proben im Schiffslabor.

Yuuki Niimi und Amy Maas im Labor.

Andrea Brenner, eine Doktorandin im ersten Jahr in Neuers Gruppe, die im Sommer 2022 und erneut im März 2023 mit Niimi auf Forschungskreuzfahrt ging, hat den Nutzen der Partnerschaft aus erster Hand erlebt.

„Ich erinnere mich, wie ich auf dem Schiff war und zusah, wie (Maas und Blanco-Bercial) die an diesen Netzen befestigten Eimer leerten und diese winzig kleinen Dinger einsammelten“, sagt sie über ihre erste Kreuzfahrt.

Sie sah zu, wie sie diese Organismen auswählten, ohne selbst zu wissen, was sie waren, und lernte unterwegs. Doch dann hatten Maas und Blanco-Bercial in ihrer ersten Klasse mehr Zeit, die Arten der Planktonarten und ihre Unterschiede zu erklären.

„Es war sehr cool zu sehen, wie ich diese Arten vor ein paar Wochen auf einem Schiff gesehen habe, und jetzt lerne ich in einem Klassenzimmer etwas über sie“, sagt Brenner.

Auch die ASU-BIOS-Fakultät ist sich des Unterschieds bewusst, den diese Verbindung zum ASU-Campus bewirken kann. Für William Curry, Präsident und CEO von ASU BIOS, war es ein großer Reiz, den ASU-Studenten das Meer näher zu bringen, insbesondere durch die Online- und Hybridprogramme.

„Der Online-Aspekt und die Flexibilität dieser Art von Bildungsprogrammen sind wirklich wichtig, wenn man sich auf diesem kleinen Felsen mitten im Nordatlantik befindet“, sagt Curry.

Ozeane bedecken über 70 % unseres Planeten. Ihre Gesundheit ist unwiderruflich mit der Gesundheit der Erde verknüpft. Es gibt noch viel zu tun, um die Ozeane und die Auswirkungen des Klimawandels besser zu verstehen.

Eine Priorität, die Curry für ASU BIOS neben der bereits umfangreichen Planktonforschung und seinen jahrzehntelangen Zeitreihenforschungsprojekten hat, ist die Ausweitung seiner Robotikaktivitäten. Die Einrichtung setzt bereits Unterwassergleiter ein, die mithilfe von Sensoren Messungen durchführen und sich in der Wassersäule auf und ab bewegen (und ja, manchmal stoßen sie auf Meereslebewesen und werden sogar von Haien gebissen). ASU BIOS nutzt diese seit 2014, um die Nährstoffzufuhr an die Meeresoberfläche zu überwachen, die die Oberflächenproduktivität in der Sargassosee begrenzt und kontrolliert.

Eine wichtige Entdeckung ist die Beobachtung eines deutlichen Anstiegs der durch Meeresorganismen verursachten Turbulenzen im Frühjahr, was die Nährstoffversorgung und die biologische Produktivität erhöht. Laut Curry ist es an der Zeit, die Erfassung weiterer Vitalfunktionen des Ozeans durch zusätzliche Robotik auszuweiten.

„Die Zukunft der Beobachtung der Ozeane liegt in autonomen Robotern und Sensorsystemen, um kontinuierliche Beobachtungen wichtiger biogeochemischer Prozesse in weiten Bereichen der Ozeane zu ermöglichen, was mit der wenigen Anzahl von Schiffen in der Forschungsflotte nicht möglich ist“, sagt er.

ASU lernt nicht nur etwas über den Ozean, sondern hat auch die Möglichkeit, zum Schutz des Ozeans – und unseres Planeten – beizutragen.

Das Global Futures Laboratory konzentriert sich laut Curry nicht nur auf Forschung und Bildung, sondern auch auf Lösungen. „(Sie) versuchen nicht nur herauszufinden, welche Auswirkungen ein höherer CO2-Ausstoß auf den Planeten haben wird, sondern auch, wie wir ihn beeinflussen, stoppen oder besser mildern können?“

Zumindest einige Antworten liegen wahrscheinlich unter Wasser.

Sehen Sie sich Videos an und erfahren Sie mehr unter collegeofglobalfutures.asu.edu/school-of-ocean-futures

Geschichte von Kristin Toussaint, der Redakteurin der Impact-Sektion bei Fast Company; Zuvor war sie leitende Nachrichtenreporterin bei Metro in New York City.

Fotos von James Doughty und Jeff Newton, einem Redaktions- und Werbefotografen mit Kunden wie Google, adidas Originals, The New York Times, Sports Illustrated, Men's Journal, Popular Science, Forbes, Entrepreneur, Banner Health und Cold Stone Creamery.