Klimawandel verändert Mikroalgen von innen

Mikroalgen binden große Mengen Kohlendioxid und bilden die Grundlage vieler aquatischer Nahrungsketten. Wie sie auf die moderaten Temperaturschwankungen reagieren, die der Klimawandel in Gewässern und Böden verursacht, war bislang kaum erforscht. Eine neue Studie liefert dazu jetzt erstmals Antworten und die Ergebnisse überraschen selbst die beteiligten Forschenden.

Eine bislang unbeachtete Wissenslücke

Ein Team des Exzellenzclusters „Balance of the Microverse" von der Universität Jena hat die Grünalge Chlamydomonas reinhardtii untersucht. Sie gilt als Modellorganismus, weil sie sich besonders gut kultivieren und mit genetischen Methoden untersuchen lässt. Frühere Studien konzentrierten sich vor allem auf extreme Hitze oder Kälte. Wie die Alge auf kleinere Temperaturveränderungen im Bereich zwischen 18 und 33 Grad Celsius reagiert, blieb dagegen offen. Genau diese Lücke schließt die neue Studie unter Koordination von Prof. Dr. Maria Mittag.

Ein Drittel der Gene reagiert

Bereits moderate Temperaturänderungen verändern die Aktivität von rund einem Drittel aller proteinkodierenden Gene der Alge. Betroffen sind fast alle Funktionsbereiche der Zelle, von Fotosynthese und Stoffwechsel bis zu Fortbewegung und Interaktion mit Bakterien. Erhöht sich die Temperatur von 23 auf 28 Grad Celsius erreicht die Algenpopulation eine um zwanzig Prozent höhere Zelldichte. Gleichzeitig verkürzen sich die Cilien, die fadenförmigen Fortbewegungsorgane der Mikroalge.

Besonders überraschend war die Geschwindigkeit der Reaktion. Laut Erstautor Dr. Prateek Shetty passt sich das Schwimmverhalten der Algen bereits fünfzehn Minuten nach einer Temperaturänderung an. „Noch bevor die Zellstruktur umgebaut wird, verringern sie ihre Geschwindigkeit und wechseln häufiger die Richtung“, so Dr. Shetty.

Verzögerte Fotosynthese

Bei steigenden Temperaturen greift die Alge zunächst auf organische Kohlenstoffquellen zurück, wodurch sich der Beginn der Fotosynthese um mehrere Tage verzögert. Auch Fortpflanzung und Interaktion mit anderen Mikroorganismen sind betroffen. Da Mikroalgen erheblich zur Bindung von Kohlendioxid und zur Sauerstoffproduktion beitragen, könnte diese Verzögerung, falls sie sich auch unter natürlichen Bedingungen bestätigt, die CO2-Bindung und Sauerstoffproduktion in sich erwärmenden Böden und Gewässern beeinflussen.

Zusammenarbeit als Schlüssel

Möglich wurde der Befund durch die Kombination mehrerer Untersuchungsebenen, Genaktivität, Proteinzusammensetzung, Bewegungsverhalten und Fotosyntheseleistung, die vier Arbeitsgruppen um Prof. Dr. Maria Mittag, Dr. Markus Lakemeyer, Prof. Dr. Rosalind Allen und Prof. Dr. Miriam Rosenbaum gemeinsam untersuchten. Mittag betont, dass erst das Zusammenspiel der verschiedenen methodischen Stärken im Cluster dieses Bild sichtbar gemacht habe. Prof. Dr. Kirsten Küsel, Sprecherin des Exzellenzclusters, ergänzt, dass das Verständnis globaler Phänomene wie des Klimawandels bei den kleinsten Akteuren komplexer Ökosysteme ansetzen müsse.

Weiterführende Quelle

P. Shetty et al., „Multiomics studies reveal how ambient temperature changes govern cellular responses of Chlamydomonas", The Plant Cell, Band 38, Ausgabe 7, Juli 2026.