Paläothermometer verbessert: Schweizer Seen als Modellsystem
Basel – Seit Jahren versuchen Wissenschaftler das Klima der Vergangenheit zu ermitteln, um Vorhersagen zu zukünftigen Klimabedingungen treffen zu können. Nun ist es gelungen, die Methodik zur Klimarekonstruktion mithilfe fossiler Mikroben zu verbessern. Dazu analysierten Wissenschaftler unter Leitung der Universität Basel Sedimente in über 30 Schweizer Seen. Die Ergebnisse lassen sich auf Seen weltweit anwenden, wie die Wissenschaftler in PNAS berichten.
Einen wichtigen Beitrag bei der Rekonstruktion vergangener Umweltbedingungen leisten Überreste von Bakterien in den Sedimenten von Seen. Spezielle Zellfragmente, sogenannte Membranlipide, lassen Rückschlüsse auf die Temperaturgeschichte zu. Ein Team um Prof. Moritz Lehmann und Dr. Helge Niemann vom Departement Umweltwissenschaften der Universität Basel hat nun eine ganz bestimmte Klasse von klimasensitiven Lipiden in 36 alpinen Seen untersucht.
Ihr Nutzen für die Klimarekonstruktion ist schon länger bekannt, doch war ihr biologischer Ursprung noch ungeklärt. Die Verwendung der Lipide als Temperaturanzeiger blieb daher problematisch. «Zuerst nahmen wir an, dass diese bakteriellen Lipide hauptsächlich aus Böden stammen und über Flüsse in die Seesedimente gelangen. Doch dann gab es immer mehr Hinweise, dass sie auch im Seewasser gebildet werden», erklärt Lehmann. Das Forschungsprojekt hatte deshalb zum Ziel, die Ökologie der unbekannten Bakterien zu charakterisieren.
Methanspur deutet auf See hin
Im Zentrum der Untersuchungen stand der Luganersee, der aufgrund seiner speziellen Schichtung und der grossen Tiefe ein ausgezeichnetes Modellsystem bietet. «Anhand von Isotopenanalysen konnten wir aufzeigen, dass diese bakteriellen Lipide hauptsächlich im kalten Tiefenwasser des Sees gebildet werden — nämlich dort, wo es kaum mehr Sauerstoff hat, dafür aber jede Menge des Treibhausgases Methan», so Dr. Yuki Weber, Erstautor der Studie. Die Resultate aus dem Luganersee konnten die Wissenschaftler sodann mit ähnlichen Messungen aus 35 anderen alpinen Seen bestätigen.
Neben Lipidanalysen setzten die Forscher auch molekularbiologische Methoden ein. Diese erlaubten es, die bakterielle Diversität in den verschiedenen Wassertiefen des Luganersees zu erfassen. Das Forscherteam hat damit erstmals nachgewiesen, dass die für die Klimaforschung wichtigen Lipide von unterschiedlichen Bakterien, in unterschiedlichen Wassertiefen und unter stark unterschiedlichen Umweltbedingungen produziert werden.
Paläothermometer präzisiert
Trotz der vielen Umweltfaktoren, die die überlieferte Lipidzusammensetzung möglicherweise beeinflussen, konnten die Forscher bestimmen, unter welchen Vorrausetzungen das Lipidthermometer zuverlässig funktioniert.
«Mit Hilfe von Kohlenstoffisotopen-Analysen können wir nun sehr gut eingrenzen, ob die Lipide in Böden oder im Seewasser gebildet wurden. Wir sind deshalb zuversichtlich, dass unsere Studie weltweit einen wichtigen Beitrag zur Verbesserung von Paläoklimadaten leisten wird», fasst Yuki Weber zusammen.
Die Studie ist in Zusammenarbeit mit dem Royal Netherlands Institute for Sea Research, der ETH Zürich, der Fachhochschule Lugano, sowie der Eawag entstanden. (Universität Basel/mc/ps)
Originalbeitrag
Yuki Weber, Jaap S. Sinninghe Damsté, Jakob Zopfi, Cindy De Jonge, Adrian Gili, Carsten J. Schubert, Fabio Lepori, Moritz F. Lehmann, Helge Niemann
Redox-dependent niche differentiation provides evidence for multiple bacterial sources of glycerol tetraether lipids in lakes
PNAS (2018), doi: 10.1073/pnas.1805186115
