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Die Algen des Jahres seit 2007

Die Sektion Phykologie (Algenkunde) der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) e.V. küren alljährlich die "Alge des Jahres". Sie möchten damit auf die Bedeutung der Algen hinweisen, die das Treibhausgas Kohlendioxid verbrauchen und die wichtigsten Sauerstoff-Produzenten der Erde sind.

Jahr Alge
2007 Der Seetang
2008 Die Zieralge Micrasterias
2009 Emilinania huxleyi
2010 Die Froschlaichalge
2011 Die Kieselalge
2012 Armleuchteralge Chara
2013 Lingulodinium polyedrum
2014 Die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii
2015 Meersalat Ulva
2016 Eisalge Melosira arctica
2017 Die Blaugrüne Felskugel Chroococcidiopsis

Alge des Jahres 2017 - Die Blaugrüne Felskugel (Chroococcidiopsis) Uralt und immer wieder Pionier!

Algenforscher haben die Blaugrüne Felskugel zur Alge des Jahres 2017 gekürt. Der Einzeller lebt in Steinen und Flechten, trotzt Extrembedingungen und erschließt lebensfeindliche Orte - heute wie wahrscheinlich schon vor Milliarden Jahren, als er den Weg für das Leben der Pflanzen und Tiere ebnete. Für die Blaugrüne Felskugel, die zu den Cyanobakterien zählt und wie alle Algen von Sonnenlicht lebt, interessieren sich Ökologen, Biotechnologen, Wüsten- und Weltraumforscher. Prof. Dr. Burkhard Büdel von der TU Kaiserslautern erforscht sie seit mehr als 30 Jahren. Er ist Mitglied der Sektion Phykologie der Deutschen Botanischen Gesellschaft, in der die Algenforscher organisiert sind, die dieses Jahr zum zehnten Mal eine Alge des Jahres vorstellen.


Lebensfeindliche Orte kann die Alge des Jahres 2017 zunächst oft als einziges Lebewesen besiedeln (Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern) Verwitternder Beacon Sandstein der Linnaeus Terrace genannten Region in den Trockentälern der Antarktis in 1250 Metern Höhe. Unter dessen Oberfläche lebt die Blaugrüne Felskugel in eisisger Kälte.
Lebensfeindliche Orte kann die Alge des Jahres 2017 zunächst oft als einziges Lebewesen besiedeln Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern


Pionierarbeit an Extremstandorten

Lebensfeindliche Orte kann die Blaugrüne Felskugel als erstes und zunächst oft einziges Lebewesen besiedeln, weil sie nicht nur hohe und niedrige Salzkonzentrationen und UV-Strahlung aushält, sondern auch weil sie ein breites Temperaturspektrum verkraftet. "Wir haben Chroococcidiopsis sowohl in den obersten drei bis vier lichtdurchlässigen Millimetern in Granit, Marmor und Sandsteinen als auch in den trockenen Böden der Wüsten  und in heißen Quellen gefunden", schildert Porf. Büdel. "Das Cyanobakterium kommt auf allen Kontinenten vor: in Europa, der Arktis und der Antarktis, in der afrikanischen Namib-Wüste, auf dem australischen Uluru, früher Ayers Rock genannt, im US-amerikanischen Grand Canyon und in Asien in den Wüsten Gobi und Taklamakan sowie hypolithisch, unter Quarzkieseln in der hochgelegenen Tundra Tibets. Flechten auf tropischen Inselbergen haben es als photosynthesetreibenden Symbionten". Außerdem übersteht der nur wenige Tausendstel Millimeter große Einzeller ausgezeichnet Wassermangel. So könne er sogar dann noch überleben, wenn es wegen vorübergehender Austrocknung an nur fünf bis sechs Tage im Jahr aktiv sein kann, schildert Prof. Büdel. Benetzt man das Cyanobakterium wieder mit Wasser, sind die Photosynthesepigmente nach nur 15 Sekunden wieder aktiv, nach weiteren 10 - 20 Minuten läuft die gesamte Photosynthesemaschinerie wieder.


Die Blaugrüne Felskugel (Chroococcidiopsis) lebt überall auf der Welt in den obersten Schichten von Steinen, wie in diesem aufgebrochenen Gipsstein aus dem niedersächsischen Bad Sachsa. Die Blaugrüne Felskugel kommt auch mit extrem wenig Licht aus (Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern)
Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern Die Blaugrüne Felskugel kommt auch mit extrem wenig Licht aus


Photosynthese in und unter Steinen

Die Blaugrüne Felskugel kommt darüber hinaus mit extrem wenig Licht aus, dank der für alle Blaualgen typischen Farbstoffe, der sogenannten Phycobiline. Mit Hilfe dieser Pigmente können viele Cyanobakterien an sehr dunklen und lichtarmen Standorten das wenige zur Verfügung stehende Licht optimal für die Photosynthese ausnutzen. "Die Blaugrüne Felskugel benötigt nur ein Zehntel der Lichtmenge eines trüben Wintertages und weniger als ein Fünfunddreißigstel der Menge eines sonnigen Sommertages", veranschaulicht Prof. Büdel. Mit ihren Lichtsammelpigmenten könne es daher noch unter der Steinoberfläche Photosynthese betreiben, an einem Ort also, an dem viele andere Lebewesen die Sonne nicht mehr zur Energiegewinnung nutzen können.


Die Blaugrüne Felskugel schafft auch neuen Lebensraum (Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern) Gipswand bei Bad Sachsa, unter deren Oberfläche die Blaugrüne Felskugel lebt.
Die Blaugrüne Felskugel schafft auch neuen Lebensraum Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern


Schafft neuen Lebensraum

"Da die Blaugrüne Felskugel den Stickstoff der Luft aufnehmen und in eigene Zellsubstanz, Ammonium, umwandeln kann und sogar Phosphor aus abgestorbenen Zellen recyceln kann, stellt sie lebenswichtige Elemente in ansonsten nährstoffarmen Orten zur Verfügung", erklärt Prof. Büdel. Auf die Blaugrüne Felskugel folgen dann nach und nach andere Organismen und langsam entwickeln sich so auch an unwirtlichen Orten belebte Bodenkrusten. Das Cyanobakterium bereitet so den Boden für andere Lebewesen auf und wird in der Ökologie daher zu den Bodenbildnern gezählt.


Die Blaugrüne Felskugel (Chroococcidiopsis thermalis) ist eine sehr kleine Art, die an heißen Standorten vorkommt. Die abgebildete Kultur wurde 1962 aus einer Greifswalder Bodenprobe isoliert und wird seitdem in Göttingen kultiviert. Die Art kommt auch in Thermalquellen in Griechenland und der Slowakei vor. Diese Kultur wurde 1962 aus einer Greifswalder Bodenprobe isoliert (Aufnahme: Tatyana Darienko)
Aufnahme: Tatyana Darienko Sammlung von Algenkulturen der Universität Göttingen (SAG-Nr.42.79)


Natur und Labor

In der Natur erkennt Büdel die Blaugrüne Felskugel mit einem Lichtmikroskop und überprüft die erste Bestimmung später im Labor mit molekularbiologischen Methoden. Zur weiteren Bestimmung und für Experimente hat er die Algen, die im Freiland nur gemeinsam mit anderen Mikroorganismen vorkommen, isoliert und Kulturen angelegt. Hinterlegt hat er seine Funde unter anderem in der Göttinger Sammlung Algenkulturen (SAG). In der dortigen Biobank für Mikroalgen, eine der größten Algenkultursammlungen der Welt, werden über 2500 Referenzstämme kultiviert und erforscht. "Unsere Kulturen, die wir auch weltweit an Forschungs- und Lehrinstitute verschicken, ermöglichen es allen Forschenden, gezielt mit Referenzstämmen zu arbeiten", sagt Dr. Maike Lorenz, Kuratorin der Göttinger Algensammlung. "Und das sogar noch nach vielen Jahren, wenn etwa inzwischen neue Analysemethoden entwickelt wurden oder frühere Ergebnisse überprüft werden sollen".


Ihr Vorkommen umfasst auch die heissesten Wüstengebiete der Erde (Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern) Unter Quarzstein entdeckte Blaugrüne Felskugeln (Chroococcidiopsis) in der Namib-Wüste Namibias, wo die Temperaturen auf dem Boden tagsüber auf weit über 50°C Grad klettern können.
Ihr Vorkommen umfasst auch die heißesten Wüsten-Gebiete der Erde Bild: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern


Cyanobakterien schufen einst die heutige Atmosphäre

Wie genetische Untersuchungen ergaben, ist die Blaugrüne Felskugel ein sehr ursprüngliches Cyanobakterium und stammesgeschichtlich sehr alt. "Vermutlich hat sich die Gattung bereits vor rund zwei Milliarden Jahren entwickelt, folgern die Genetiker aus ihren Untersuchungen. Sie erinnert daher an sehr ursprüngliche Formen von Cyanobakterien", erklärt Chroococcidiopsis-Spezialist Büdel. Cyanobakterin begannen vor etwa 2,4 Milliarden Jahren, Sauerstoff in nennenswerter Menge in die Atmosphäre zu entlassen, die vorher weniger als ein Promille Sauerstoff enthielt. Im Folgenden stieg der Sauerstoffgehalt der Uratmosphäre auf die heutigen rund 20 Prozent. "Während dieser zwei Milliarden Jahre waren Cyanobakterien, die so ähnlich waren wie die Blaugrüne Felskugel, vermutlich die unangefochtenen Herrscher des Planeten", sagt Büdel. Sie vertrieben die ursprünglichen sauerstoffunverträglichen (anoxygenen) Bakterien und begannen so alle Lebewesen auf der Erde entscheidend zu verändern. Die sich später entwickelnden Organismen fanden durch die Pionierarbeit der Cyanobakterien aber nicht nur den Sauerstoff zum Atmen vor. Die sich bildende Ozonschicht absorbierte auch immer besser schädliche UV-Strahlung, die ihre Erbsubstanz schädigte. Dies war eine wichtige Voraussetzung für die weitere Evolution des Lebens auf der Erde, insbesondere für die Eroberung des Landes.


In der Gallertflechte Paulia perforata sind Blaugrüne Felskugeln (Chroococcidiopsis) in eine umgebende Hülle aus Pilzfäden und gallertiger Substanz eingebettet. Dort stellt sie dem Pilzpartner Nährstoffe zur Verfügung, die sie durch Photosynthese aufbauen konnte. Der Pilz gewährt der Felskugel dafür Schutz und optimale räumliche Anordnung in seinem Inneren. Fundort Yemen - Insel Socotra - Sommerregenzone - auf steilen Kalkfelsflächen (Aufnahme: Matthias Schultz, Universität Hamburg)
Aufnahme: Matthias Schultz, Universität Hamburg Fundort Yemen, Insel Socotra, Sommerregenzone, auf steilen Kalkfelsflächen


Entwicklungshilfe für andere Lebewesen

Auch später leisteten Cyanobakterien einen wichtigen Beitrag zur weiteren Evolution der Lebewesen. Denn Grün- und Rotalgen, Moose und höhere Pflanzen können nur deshalb Sonnenlicht zur Energiegewinnung nutzen, weil sie sich in früherer Zeit selbst ein Photosynthese treibendes Cyanobakterium einverleibt hatten. Wie dies einst vonstattenging, wird auch heute noch intensiv erforscht. Ohne Cyanobakterien hätten sich viele Lebensformen, die wir heute kennen, wohl niemals entwickelt. Ohne sie gäbe es weder Pflanzen noch die den Sauerstoff atmenden Tiere.


Cyanobakterien schufen einst die heutige Atmosphäre (Aufnahme: Tatyana Darienko - Universität Göttingen - SAG-Nr.39.79) Unter dem Mikroskop werden die einzelligen Felskugeln der Art (Chroococcidiopsis cubana) sichtbar, die von Gallerthüllen umgeben sind. Die Gallerthüllen schützen das Cyanobakterium vor extremer Austrocknung und übermäßiger Sonneneinstrahlung.
Cyanobakterien schufen die heutige Atmosphäre Aufnahme: Tatyana Darienko, Universität Göttingen (SAG-Nr.39.79)


Blaugrüne Felskugel in der Weltraumforschung

Seine heute noch zu beobachtende Unverwüstlichkeit und seine Fähigkeit neuen Lebensraum zu erschließen machte die Blaugrüne Felskugel zu einem Kandidaten den die NASA auf den Mars ansiedeln wollte. In den 80er und 90er Jahren des vergangenen Jahrhunderts überlegten NASA-Mitarbeiter, dass Chroococcidiopsis gemeinsam mit vier weiteren Mikroorganismen vermutlich bestens geeignet wäre, den roten Planeten erdähnlicher zu machen und dessen Atmosphäre mit Sauerstoff anzureichern. "Inzwischen ist man von dem 'Terraformin Mars' genannten Vorhaben zum Glück wieder abgerückt, weil man den Mars nicht mit für ihn fremden Organismen kontaminieren will", sagt Büdel. Weltraumforscher und Biotechnologen bestellen aber nach wie vor reine Chroococcidiopsis-Stämme bei den Göttinger Algen-Kultivatorinnen. Das dürfte auch daran liegen, dass Cyanobakterien und Algen aussichtsreiche Kandidaten sind, eines Tages in abgeschlossenen, lebenserhaltenden Systeme Sauerstoff auch an erdfernen Orten zu produzieren.


Kolonien von Chroococcidiopsis isoliert aus einem Kalkstein aus Hawaii mit Baeocytenbildung, also durch mehrfache Teilungen ohne zwischenzeitliches Wachstum entstandene Zellen. Diese bleiben in der Gallerthülle der Mutterzelle, welche später aufreißt und die einzelnen Baeocyten genannten Tochterzellen freisetzt (siehe Pfeile) Kolonien von Chroococcidiopsis isoliert aus einem Kalkstein aus Hawaii (Foto: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern)
Foto: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern Sammlung terrestrischer Cyanobakterien und Cyanobionten


Ökologischer Forschungsfokus

Die genügsame Blaugrüne Felskugel ist gemeinsam mit anderen Cyanobakterien und Algen Forschungsgegenstand von Ökologen, Systematikern und anderen Bodenkrustenforschern wie Büdel. Ihn interessiert, welche einzelnen Arten der Blaugrünen Felskugel in den verschiedensten Bodenkrusten vorkommen, wie sie an extremen Orten Photosynthese treiben, wachsen und sich vermehren. Besonderes Augenmerk legt er darauf, wie die Blaugrüne Felskugel, Cyanobakterien und andere Algen Steine und Wüstenboden erschließen, ihre Umgebung für andere Organismen bereiten und damit Geburtshelfer bei der Entstehung neuer Ökosysteme sind. Gleichzeitig vermag sie auch die Wüstenbildung aufzuhalten. In Langzeitstudien will Büdel außerdem klären, ob und wie sich die Cyanobakterien der Arktis und der Antarktis im Zuge des Klimawandels anpassen und an welchen lebensfeindlichen Orten unseres Planeten er im Laufe seiner Forschung noch auf Chroococcidiopsis stoßen wird.


Die Aufnahme entstand mit einem Transmissionselektronenmikroskop ( Aufnahme: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern) Gefrierbuch und Ätzung durch eine Blaugrüne Felskugel, nach den ersten beiden Teilungsrunden zur Vermehrung. Die neuen Zellen stehen stets im rechten Winkel zueinander, im oberen Teil hat eine Zelle (rechts) bereits eine weitere Teilung durchlaufen. Aufgenommen mit einem Transmissionselektronen-Mikroskop und zur Illustration eingefärbt.
G (grau) = Gallerthülle
DNA = Bereich in dem die ringförmige Erbsubstanz dicht verflochten liegt
PM (grün) = Photosynthese-Membranen
CM (gelb) = Zytoplasmamembran
CO (blau) = Karboxysom, mit dem die Blaugrüne Felskugel Kohlenstoffdioxid bindet
CW = Zellwand.
Die Aufnahme entstand mit einem Transmissionselektronenmikroskop Aufnahme: Burkhard Büdel, TU Kaiserslautern


Vielen Dank an Frau Dr. Esther Schwarz-Weig, Pressetexterin der Sektion Phykologie in der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) für die Pressemitteilung und die Möglichkeit die gezeigten Aufnahmen veröffentlichen zu dürfen.  

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- letzte Aktualisierung: Freitag, 29. Dezember 2017 -
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