Die Kleinodien der Ozeane

Unter dem Mikroskop sehen sie aus wie Wunderwesen aus einer anderen Welt. Doch Coccolithophoriden können mehr als einfach nur anmutig sein. Die winzigen Algenkrümel gehören zu den wichtigsten Sauerstoffproduzenten im Meer - und haben die Kreidefelsen von Rügen gebaut
Okt 2010, No. 82

Heftcover mare No. 82

MOBY DICK
Von RAF über Hollywood bis Led Zeppelin – wo Moby Dick überall auftaucht. Die Globaliseirung eines Romans

ROCK CRUISE
Wenn harte Jungs auf Kreuzfahrt gehen.

HASHIMA
Die Geisterinsel in Japans Meer.
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Haben Sie beim Baden im Meer schon einmal Wasser geschluckt? Dann sind ganz sicher viele Coccolithophoriden in Ihrem Magen gelandet. Ihre Kinder haben mit dem Sandeimerchen wahrscheinlich schon Abertausende aus dem Meer geschöpft. Vielleicht kleben sogar noch einige an Ihrer Stranddecke.

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Coccolithophoriden sind kleiner, als ein Haar dick ist. So klein, dass man sie nur unter dem Mikroskop erkennen kann. Und sie sind überall, zumindest überall dort, wo es Salzwasser gibt, im Atlantik, in der Adria oder vor Ostafrika. Sie schweben im Wasser wie Staub in der Luft und treiben mit der Strömung. Coccolithophoriden sind winzige Algen, von einem Panzer aus Kalkplatten umhüllt.
Die Algirosphaera robusta lebt in Tiefen von mehr als 50 Metern und ist daher wenig erforscht.
Es gibt rund 250 Coccolithophoridenarten. Diese heisst Syracosphaera pulchra und wurde vor den Kanarischen Inseln gefunden.
Der Zellkern dr Discosphaera tubifera ist umgeben  von trompetenförmigen Coccolithen.
Die bekannteste Coccolithophoride: Die Emiliania huxleyi findet man in fast allen Meeresgebieten.
Wunderschön sind sie, diese kugeligen Wesen, aber leider so gut wie unsichtbar. Ihre Anmut ist die reine Verschwendung. Sie offenbart sich erst bei 1000-facher Vergrößerung: Die Kalkdeckel sind so präzise und gleichförmig, als hätte eine Maschine sie aus dem Vollen gefräst. Sie sind gefurcht wie Mühlsteine, gezackt wie Zahnräder oder gewölbt wie Pilze. Wie eine kunstvolle Verpackung verbergen sie das empfindliche Innere, den Zellkern und die grünen Lichtsammelmoleküle des Chlorophylls.

Autor Tim Schröder

Als Student hat Tim Schröder, Jahrgang 1970, Wissenschaftsjournalist in Oldenburg, am Mikroskop stundenlang Kieselalgen gezählt. Schon das war anstrengend. Entsprechend groß ist sein Respekt vor den Coccolithophoridenforschern, deren Studienobjekte noch 100-mal kleiner sind. weitere Infos

Vor gut 100 Jahren kam der englische Biologe Thomas Henry Huxley auf die Idee, ein Häufchen Meeresschlamm mit dem Mikroskop zu untersuchen. Er war einer der Ersten, denen die rundlichen Winzlinge auffielen. Huxley hatte keine Ahnung, welche Einzeller da im Schlamm auf dem Objektträger lagen, und so gab er ihnen ihren holprigen altgriechischen Namen Cocco-Litho-Phoriden, „Stein tragende Samenkörner".

Lange interessierte sich kaum jemand für die Algenkrümel. Die Wissenschaftler hielten es noch nicht einmal für nötig, einen deutschen Namen für die Einzeller zu finden. Wozu viel Aufhebens machen um unsichtbares Treibgut?

Fotograf Markus Geisen

Obwohl es inzwischen gut zehn Jahre her ist, kann sich Markus Geisen, geboren 1971, noch ganz genau an den Abend erinnern, als er das einzigartige Foto der Alge in Verwandlung schoss. Der studierte Geologe lebt heute als Wissenschaftsfotograf und -autor in Köln. weitere Infos

Heute sieht man das anders. Coccolithophoriden mögen klein sein, doch bevölkern sie die Meere in ungeheuren Mengen. Zehntausende schweben für gewöhnlich in einem Liter Wasser. Wenn das Meer die richtige Temperatur hat und reichlich Nährstoffe enthält, vermehren sich die Einzeller geradezu explosionsartig. Dann bringen sie es auf viele Millionen Exemplare je Liter.

Eine solche milchige Algenwolke wächst schnell und breitet sich in wenigen Tagen kilometerweit aus. Unzählige durchsichtige Kalkkapseln werfen das Sonnenlicht zurück. Der Lichtreflex ist so stark, dass man den Algenteppich sogar auf Satellitenbildern erkennt. Ihre schiere Masse macht die Coccolithophoriden zu bedeutenden Geschöpfen, etwa als Futter für Millionen von Kleinkrebsen. Und als einer der größten Sauerstoffproduzenten im Meer sind sie für Hai oder Kabeljau so wichtig wie Bäume für uns Menschen.

Coccolithophoriden tummeln sich dort, wo es hell ist. Wie Baum und Blume brauchen sie die Sonnenstrahlung für die Energiegewinnung, für die Zuckerproduktion. Je klarer das Wasser, desto tiefer reicht das Licht, bis zu 150, 200 Meter. Fischlarven und Kleinkrebse ernähren sich dort von den gepanzerten Algen.

Doch viele überleben. Sie sterben erst nach Monaten und sinken schließlich hinab in die stockdunkle Tiefe. Myriaden dieser Algen rieseln Tag für Tag weltweit dem Meeresgrund entgegen - ein endloser feiner Kalkregen. Seit mindestens 200 Millionen Jahren geht das so. Eine Coccolithophoride hat einen Durchmesser von gerade 20 Mikrometern, doch im jahrmillionenlangen Dauerniesel haben sich die Panzer im Meeresboden zu Hunderte von Metern dicken Kalkschichten zusammengepresst.

Wo sich die mächtigen Kontinentalplatten gerieben, gestaucht und gehoben haben, stieg der Kalk wieder aus dem Meer. Die Kreidefelsen von Rügen, Møn oder Dover sind nichts anderes als fest verbackene Coccolithophoriden-Panzermasse. Wer an der 50 Millionen Jahre alten Rügener Kreide kratzt und die Krümel unter das Mikroskop legt, entdeckt Kalkdeckel, die so frisch aussehen, als hätten die Algen sie erst gestern abgeworfen.

Doch es ist weniger die Schönheit, die die Wissenschaftler fasziniert. Geoforscher interessieren sich vor allem für jene kleinen Kalkdeckel, die Coccolithen. Sie sind wie Fenster in die Vergangenheit und können Geheimnisse aus der Erdgeschichte verraten. Mit Bohrschiffen stoßen Wissenschaftler tief in die Erdkruste vor. Je tiefer sie bohren, desto älter ist der Boden. Wie alt genau, das sagen ihnen die Coccolithen.

Babette Böckel kennt sich bestens aus mit prähistorischen Ablagerungen. Die Geologin ist oft auf Bohrschiffen mitgefahren, auf der amerikanischen „Joides Resolution" oder der japanischen „Chikyu", einem ultramodernen Bohrschiff, das im Meer thront wie ein Hochhaus. 70 Meter ragt der Bohrturm auf, 15 Stockwerke. Mit vier starken Schiffsschrauben hält sich der Pott auf Position und in der Strömung, wenn sich dachrinnendicke Rohre in den Meeresboden bohren.

Drei, vier Kilometer tief frisst sich das Gestänge in den uralten Meeresgrund. Es fördert schlammige, graue Bohrkerne nach oben, die die Geologen an Bord wie Würste in Stücke schneiden. Dann zückt Böckel einen Zahnstocher und kratzt ein paar Bröckchen ab. „Das Tolle an den Coccolithophoriden ist, dass man die Bodenproben nicht erst mühsam präparieren muss, um sie zu analysieren", sagt sie. „Man kann den Schlamm einfach auf ein Glasplättchen schmieren, und los geht's."

Wenn Böckel dann am Feintrieb des Mikroskops dreht und das Bild scharf stellt, beginnt die Zeitreise. Sie schiebt das Plättchen hin und her, zählt die Arten, die Individuen. Ist die schuppige Florisphaera häufig oder eher die kugelige Gephyrocapsa? Böckel zählt genau, denn aus den Zahlen kann sie herauslesen, wie alt die Bodenprobe ist.

In den vergangenen Jahrmillionen hat sich das Klima auf der Erde häufig geändert. Warmzeiten folgten auf Eiszeiten. Mal hatte das Meer in einem bestimmten Gebiet tropische Temperaturen, mal war es lausig kalt. Coccolithophoriden haben verschiedene Vorlieben; manche bevorzugen kühle, nährstoffreiche, andere warme, wenig gehaltvolle Wasser. Ändert sich das Klima in einem Meeresgebiet, dann ändert sich auch seine Bewohnerschaft.

Damit hinterlassen die abgestorbenen Coccolithophoridenkommunen im Sediment einen Fingerabdruck ihrer Epoche. „Wir wissen heute ziemlich genau, wann welche Coccolithophoriden gelebt haben, und können damit das Alter des Meeresbodens gut bestimmen", sagt Geologin Böckel. An manchen Stellen vor der Nordostküste Südamerikas zum Beispiel sammelt sich in Jahrtausenden nur wenig Sediment, weil Strömungen den marinen Feinstaub forttragen. Hier sind Jahrhunderte nur ein paar Zentimeter dick. Schon in wenigen Meter Tiefe ist der Boden mehrere Millionen Jahre alt.

Die japanischen Forscher auf der „Chikyu" wollen herausfinden, wie sich das Sediment zusammensetzt, das mit der Philippinischen Kontinentalplatte direkt unter Japan abtaucht. Die Plattenbewegungen lassen in Japan regelmäßig die Erde erzittern. Die Wissenschaftler hoffen, die Beben mithilfe der sedimentologischen Details besser verstehen zu können.

Interessant sind Coccolithophoriden nicht nur für die Forschung, sondern auch für die Ölindustrie. Ölexperten wissen, dass sich Rohöl meist in Bodenschichten eines bestimmten Alters befindet. Aus den abgelagerten Coccolithophoriden können die Spezialisten lesen, ob sich der Bohrer einem Boden der richtigen Altersklasse nähert und ob sich das Weiterbohren lohnt. Schlamm und Sand dagegen verraten nichts über das Alter der Sedimente unter dem Meer.

Geisen jedenfalls ist noch heute verblüfft von der Genügsamkeit der Geschöpfe. Als er seinerzeit aus den Londoner Laboren auszog, vergaß er einige Coccolithophoridengläser im Zuchtschrank. Später besuchte er seine ehemaligen Kollegen und staunte nicht schlecht. Die Coccos waren putzmunter - nach gut einjähriger Diät.

 

Casting unterm Mikroskop
Seine bis heute einzigartigen Coccolithophoridenbilder hat Markus Geisen in den Jahren 1998 bis 2001 mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) gemacht. Diese Geräte tasten Objekte mit einem Strahl beschleunigter Elektronen ab. Trifft der Strahl auf den Gegenstand, werden andere Elektronen aus dessen Oberfläche herausgeschlagen. Ein Detektor nimmt diese Elektronen wahr und generiert daraus ein Bild. Mit dem REM macht man besonders feine Objekte sichtbar. Lichtmikroskope können Strukturen von bis zu wenigen Mikrometern auflösen. REM hingegen erreichen eine Auflösung im Nanometerbereich (milliardstel Meter). Zwar kann man viele Coccolithophoridenarten auch unter dem Lichtmikroskop erkennen. Geisen aber wollte die Entwicklungsstadien dieser Lebewesen im Detail beobachten, was nur mit dem REM möglich ist. Um Objekte im REM sichtbar zu machen, bedampft man sie vorher in einer Vakuumkammer mit einer Gold-Palladium-Schicht. Objekte im lebendigen Zustand können daher nicht beobachtet werden. Zudem
ist stets nur die Oberfläche sichtbar. Das REM-Prinzip hat sich bis heute kaum verändert. Allerdings wurde, ähnlich wie bei Digitalkameras, die Auflösung verbessert. Für Geisen bestand die Schwierigkeit vor allem darin, intakte und charakteristische Objekte zu finden, sozusagen die Topmodels unter den Einzellern. Die Bilder hat Geisen anschließend koloriert. ts

Textauszug. Den gesamten Text lesen Sie in mare No. 82.

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