Arktische Fjorde gehören zu den effektivsten natürlichen Systemen zur Aufnahme und dauerhaften Einlagerung von Kohlenstoff. Da sich die Arktis jedoch etwa viermal schneller erwärmt als der globale Durchschnitt, verändern sich die Ökosysteme dieser Fjorde rasant. Daher wird es immer wichtiger zu verstehen, welche biologischen Prozesse die Kohlenstoffspeicherung regulieren. Allerdings sind die mikrobiellen Prozesse, die darüber entscheiden, ob Kohlenstoff im Sediment gespeichert oder wieder an die Umwelt freigesetzt wird, bislang nur unzureichend verstanden.
Ein internationales Team um Professor William Orsi vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften der LMU zeigt nun, dass Pilze eine überraschend wichtige Rolle bei der dauerhaften Speicherung von Kohlenstoff im Meeresboden spielen könnten. Die Forschenden entdeckten, dass in Meeressedimenten lebende Pilze gelöste organische Stoffe (DOM) effizient aufnehmen und als mikrobielle Biomasse speichern, anstatt sie rasch zu remineralisieren.
Ein bislang wenig verstandener Teil des marinen Kohlenstoffkreislaufs
Von Pilzen ist bekannt, dass sie in terrestrischen Ökosystemen eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung, Speicherung und Stabilisierung von Kohlenstoff in Böden spielen. Ihr Anteil am Kohlenstoffkreislauf in marinen Sedimenten war jedoch bislang weitgehend unbekannt. Gerade in arktischen Fjorden ist dieses Wissen wichtig, da die mikrobielle Aktivität an der Sedimentoberfläche darüber entscheidet, ob DOM in mikrobielle Biomasse umgewandelt, zu CO₂ remineralisiert oder schließlich als organischer Kohlenstoff in den Sedimenten begraben und langfristig gespeichert wird.
Für ihre Studie entnahmen die Forschenden Proben aus Sedimenten und Meerwasser sowie aus Böden und Gletscherumgebungen im Kongsfjorden, einem arktischen Fjord an der Westküste von Spitzbergen (Svalbard). Anschließend nutzten sie Isotopen-Markierungstechniken, um nachzuverfolgen, wie Pilze und Bakterien DOM aufnehmen und zum Kohlenstoffkreislauf in diesen miteinander verbundenen Lebensräumen beitragen.
Ihre Ergebnisse zeigten, dass Pilze in Fjordsedimenten DOM sehr effizient aufnehmen. Dadurch wurde mehr Kohlenstoff in mikrobieller Biomasse im Sediment gespeichert, als zu CO₂ remineralisiert wurde. Eine stärkere Aufnahme und Verarbeitung organischer Stoffe durch Pilze ging mit einem höheren Anteil von Pilz- im Vergleich zu Bakterienbiomasse einher. Dies deutet darauf hin, dass der Stoffwechsel der Pilze die Kohlenstoffspeicherung am Meeresboden fördert und somit die langfristige Kohlenstoffbindung in Fjordsedimenten unterstützen kann.
Eine besondere Pilzgemeinschaft im Fjord
Die Forschenden fanden außerdem, dass die Pilzgemeinschaften in den arktischen Fjordsedimenten deutlich von denen in benachbarten Böden und im darüberliegenden Meerwasser abweichen. Mithilfe der sogenannten quantitativen stabilen Isotopenmarkierung konnten die Forschenden die Aufnahme von Aminosäuren – ein wesentlicher Bestandteil von DOM – für mehr als 80 Pilzarten in Fjordsedimenten nachweisen.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass marine Pilze in arktischen Fjorden nicht nur vorkommen, sondern aktiv am Kohlenstoffkreislauf beteiligt sind. Sie tragen dazu bei, leicht abbaubare organische Stoffe in Sedimenten zu stabilisieren, die wichtige Kohlenstoffsenken darstellen.
„Unsere Studie zeigt, dass Pilze im arktischen Ozean durch ihren hocheffizienten Stoffwechsel erheblich zur Kohlenstoffspeicherung in Sedimenten beitragen können. Dies ist wichtig, weil es sich um einen bislang unbekannten Mechanismus der mikrobiellen Kohlenstoffspeicherung in Fjorden handelt – geologische Schlüsselräume, die mehr als zehn Prozent des gesamten unter dem Meeresboden gespeicherten Kohlenstoffs beherbergen“, erklärt Orsi.
Juan Carlos Trejos-Espeleta, Doktorand an der LMU und Erstautor der Studie, ergänzt:„Die Arktis verändert sich vor unseren Augen in beispiellosem Tempo, und unsere Bemühungen, die Funktionsweise ihrer Ökosysteme zu verstehen, reichen noch nicht aus. Erst seit Kurzem betrachten wir marine Pilze als wichtige Akteure im marinen Kohlenstoffkreislauf, die möglicherweise eine Rolle bei der Kohlenstoffspeicherung spielen – ähnlich wie dies bereits für terrestrische Ökosysteme bekannt ist. Künftige Forschung sollte Pilze nicht länger als zentrale Akteure des Kohlenstoffkreislaufs übersehen.“
James Bradley, CNRS-Forscher am Mediterranean Institute of Oceanography in Marseille und Co-Autor der Studie fügt hinzu: „Probenahmen und die Entwicklung von Experimenten in der Hocharktis sind nach wie vor eine große Herausforderung – ebenso wie das Verständnis empfindlicher und dynamischer Ökosysteme wie vergletscherter Fjorde. Deshalb sind Studien in diesen Regionen selten, obwohl ihre Erforschung angesichts der aktuellen Veränderungen von besonders hoher Dringlichkeit ist.“
(Ludwig-Maximilians-Universität München)
Originalpublikation:
J.C. Trejos-Espeleta et al.: Fungi enhance microbial carbon retention in high Arctic fjord sediment. PLOS Biology 2026
https://journals.plos.org/plosbiology/article?id=10.1371/journal.pbio.3003783
