„Innerhalb von nur 50 Jahren – von 1960 bis 2010 – ging der globale Sauerstoffgehalt der Ozeane um zwei Prozent zurück und die Fläche der sauerstofffreien Gewässer vervierfachte sich“, beschreibt Biogeochemiker Dr. Gonzalo Gomez Saez vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU. „Dieser massive Sauerstoffverlust verändert wesentliche Stoffkreisläufe, auf denen marine Ökosysteme fußen.“
Weniger Sauerstoff, mehr Schwefel
Ein wichtiger Aspekt ist die Verstoffwechslung von Schwefelverbindungen durch die im Wasser lebenden Mikroorganismen: „In Gewässern mit niedriger Sauerstoffkonzentration spielen organische Schwefelverbindungen offenbar eine besonders wichtige Rolle, denn sie reichern sich dort an, ohne dass es dafür bislang eine eindeutige Erklärung gibt“, so Gomez Saez. Er ist Hauptautor einer kürzlich im Fachmagazin The ISME Journal erschienenen Studie, die näher untersucht hat, was mit den schwefelhaltigen Verbindungen in sauerstoffarmen Gewässern geschieht.
Im Fokus der Untersuchungen stand dabei vor allem ein Molekül, das Laien vor allem als Zusatz in Energydrinks kennen: Taurin. Diese bioverfügbare organische Schwefelverbindung wird von Meeresmikroben unter bestimmten Bedingungen in großem Umfang verwertet und spielt eine zentrale Rolle bei ihrem Nährstoffaustausch, ihrer Energiegewinnung und ihrem Wachstum.
„Viele Mikroben im Meer besitzen das genetische Potenzial, Taurin zu verstoffwechseln – doch es ist unklar, wie diese Aktivität mit dem weltweiten Rückgang an Sauerstoff zusammenhängt“, sagt Gomez Saez. „Daher war es unser Ziel, zu verstehen, wie unterschiedliche Konzentrationen von im Wasser gelöstem Sauerstoff die mikrobielle Verarbeitung von Taurin beeinflussen.“
Proben aus dem Mariager Fjord
Dazu untersuchte das Forschungsteam, an dem Forschende aus Aarhus (Dänemark), München, Oldenburg und Bremen beteiligt waren, Wasserproben aus dem dänischen Mariager Fjord, der im Sommer massiv an Sauerstoff verliert. Der Meeresarm ist durch eine flache Schwelle mit dem Kattegat verbunden. Diese begrenzt die Vermischung mit dem Tiefenwasser und begünstigt die Entstehung von sauerstoffarmen Bedingungen.
Diese Bedingungen verstärken sich im Sommer, wenn wärmere Wetterbedingungen zu einer vorübergehenden Schichtung und einer erhöhten Atmungsaktivität der Meeresorganismen führen. Daher dient der Mariager Fjord als wertvolles natürliches Labor, um zu untersuchen, wie biogeochemische Prozesse auf sich ändernde Sauerstoffwerte reagieren.
Unmittelbar nach der Entnahme von Wasserproben aus dem Fjord inkubierte Dr. Ömer Coskun, Erstautor des Artikels und ehemaliger LMU-Forscher, sauerstoffarmes und vollständig mit Sauerstoff angereichertes Wasser mit Substraten, die mit stabilen Isotopen versetzt waren – sie „fütterten“ die im Wasser enthaltenen Kleinstlebewesen also gewissermaßen mit markierten Nährstoffen. „So konnten wir nachverfolgen, welche Mikroben bei den unterschiedlichen Sauerstoffkonzentrationen im Fjord Kohlenstoff aus den jeweiligen Verbindungen aufnahmen“, sagt Gomez Saez.
Die Zukunft mariner Kreisläufe
Das zentrale Ergebnis: Taurin wurde nur bei Sauerstoffmangel in den hypoxischen Gewässern des Tiefenwassers im Mariager Fjord assimiliert.
Mithilfe von DNA-Sequenzierung konnte das Team außerdem feststellen, welche Mikroorganismen für die Taurin-Verstoffwechslung im Mariager Fjord verantwortlich sind: Es handelt sich hauptsächlich um Flavobakterien aus der Gattung Bacteroidota. Da sich sauerstoffarme Gebiete weltweit ausbreiten und Verbindungen wie Taurin im Meer dadurch immer häufiger vorkommen, werden Mikroorganismen, die solche Verbindungen verwerten, in Zukunft wahrscheinlich eine größere Rolle im marinen Kohlenstoff- und Schwefelkreislauf spielen“, schlussfolgert Gomez-Saez.
Ludwig-Maximilians-Universität München
Originalpublikation:
Ömer K Coskun, William D Orsi, Ian P G Marshall, Katharina A Muschler, Nico Mitschke, Timothy G Ferdelman, Gonzalo V Gomez-Saez, Hypoxia increases microbial carbon assimilation of taurine in a seasonally anoxic fjord, The ISME Journal, Volume 20, Issue 1, January 2026, wrag057, https://doi.org/10.1093/ismejo/wrag057
