Modellsimulation zeigt Verbreitung und Verbleib von Phytoplankton im Elbe-Ästuar

14. März 2024, von GRK2530

Foto: UHH/GRK2530/Steidle

Hex-Bin-Heatmap des durchschnittlichen Alters der Phytoplanktonzellen im Elbeästuar. Das Hamburger Hafengebiet befindet sich auf der auf der rechten Seite und die Nordsee auf der linken Seite. Die Farben zeigen das Alter des Phytoplanktons an, wobei gelbliche Farben ein durchschnittliches Alter von über drei Monaten bedeuten. Gelbe Bereiche finden sich vor allem entlang der Flussufer in flachen Gewässern oder im Wattenmeer. Die wichtigsten Gebiete sind das Mühlenberger Loch (a), Wedeler Marsch (b), Haseldorfer Binnenelbe (c), Asseler- und Schwarztonnensand (d), an den Mündungen der Stör (e) und Wischhafener Süderelbe (f), sowie an der Nordkeddinger (g) und Neufelder Marsch (h).

Forschende des Fachbereichs Biologie der Universität Hamburg sowie aus Neuseeland haben ein neues Modell des Elbe-Ästuars entworfen, welches die Bewegung von Phytoplankton untersucht. Die Ergebnisse tragen zum Verständnis bei, das für ein besseres ökosystembasiertes Management von Ästuaren erforderlich ist.

Phytoplankton sind freischwebende, mikroskopisch kleine Organismen und Pflanzen, die sich nicht selbstständig fortbewegen können. Sie sind für das Ökosystem Ästuar - also Flussmündungen, die dem Wechselspiel von Ebbe und Flut ausgesetzt sind - von wesentlicher Bedeutung, da sie als Nahrungsgrundlage für zahlreiche Lebewesen dienen. „Bislang ist wenig darüber bekannt, wie sich Phytoplankton im Ästuar halten kann, denn eigentlich sollte es sich mit der Strömung bewegen und in das Meer ausgewaschen werden“, sagt Doktorand Laurin Steidle vom Graduiertenkolleg 2530 der Universität Hamburg. „Wenn wir davon ausgehen, dass eine Population nicht von einer Stromaufwärts liegenden Population aufrechterhalten wird, dann muss es eine Art Rückhaltemechanismus geben, der es den Organismen ermöglicht, im Ästuar zu überleben.“ In der Vergangenheit gab es verschiedene Theorien darüber, wie Phytoplankton-Populationen in Ästuaren ihre Position halten können, darunter vertikale Migration in Form von Absinken. Bislang ist nur wenig darüber bekannt.

Laurin Steidle und Ross Vennell vom Cawthron Institute in Neuseeland haben nun in einer Modellsimulation ein neues, auf Individuen basierendes Modell des Elbe-Ästuars vorgestellt, das mögliche Rückhaltemechanismen für Phytoplankton untersucht. „Unsere Simulationen zeigen, dass das Aufsteigen in der Wassersäule den Fortbestand begünstigt und dass Flussufer und Marschen für das Überleben von Phytoplankton-Populationen von wesentlicher Bedeutung sind“, sagt Steidle. Grund dafür ist, dass Phytoplankton-Organismen mit starkem Auftrieb oder dem Potenzial, sich in der Wassersäule nach oben zu bewegen, eher in flache Gebiete in der Nähe der Flussufer oder der Marschen transportiert werden, die Zufluchtsorte vor starken Strömungen bieten.

Für die Untersuchung haben die Forschenden das Lagrangesche Modell OceanTracker, welches von Ross Vennell entwickelt wurde, auf das Elbeästuar angewandt. Während das Lagrangesche Modell die Bewegung der unbelebten Partikel simulierte, haben die beiden Wissenschaftler die wichtigsten biologischen Merkmale des Phytoplanktons, wie Vermehrung und Sterblichkeit, Absinken und Aufsteigen sowie die tägliche vertikale Wanderung hinzugefügt. Dadurch, dass in dem Modell einzelne Organismen simuliert wurden, konnten die Forschenden die Spuren der Individuen beobachten.

„Unsere Ergebnisse legen nahe, wie wichtig die flachen Marschgebiete für die Ästuar-Ökosysteme sind“, so Steidle. „Und sie unterstreichen auch die Notwendigkeit eines ökosystembasierten Managements, um die Verschlechterung von Ästuar-Ökosystemen durch Baggerungen und Eindeichungen zu vermeiden.“