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Nov 02, 2023

Das verdorbene Chartreuse-Meer » Yale Climate Connections

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Überall gab es tote Fische, die den Strand in der Nähe der Stadt bedeckten und sich bis zur umliegenden Küste erstreckten. Das schiere Ausmaß des Artensterbens im Oktober 2021, als Hunderte, wenn nicht sogar Tausende von Heringen angeschwemmt wurden, ist den Bewohnern von Kotzebue, Alaska, im Gedächtnis geblieben. Fische gab es „im wahrsten Sinne des Wortes überall an den Stränden“, sagt Bob Schaeffer, ein Fischer und Ältester vom Stamm der Qikiqtaġruŋmiut.

Trotz der dramatischen Todesfälle gab es keinen erkennbaren Schuldigen. „Wir haben keine Ahnung, was es verursacht hat“, sagt Alex Whiting, der Umweltprogrammdirektor des Native Village of Kotzebue. Er fragt sich, ob das Absterben ein Symptom eines Problems war, das er seit 15 Jahren im Auge hatte: Blüten giftiger Cyanobakterien, manchmal auch Blaualgen genannt, die in den Gewässern rund um diese abgelegene Stadt in Alaska zunehmend sichtbar werden.

Kotzebue liegt etwa 40 Kilometer nördlich des Polarkreises an der Westküste Alaskas. Bevor der russische Entdecker Otto von Kotzebue dem Ort im 19. Jahrhundert seinen Namen gab, hieß die Region Qikiqtaġruk, was „Ort, der fast eine Insel ist“ bedeutet. Die zwei Kilometer lange Siedlung wird auf einer Seite vom Kotzebue Sound, einem Ausläufer der Tschuktschensee, begrenzt, auf der anderen Seite von einer Lagune. Flugzeuge, Boote und Vierräder sind die Haupttransportmittel. Die einzige Straße außerhalb der Stadt führt einfach um die Lagune herum, bevor sie wieder hinein führt.

Kotzebue, Alaska, liegt in der Region Qikiqtaġruk und ist die Heimat des Stammes der Qikiqtaġruŋmiut. Foto von Peace Portal Photo/Alamy Stock Photo

Mitten in der Stadt verkauft die Alaska Commercial Company Lebensmittel, die in den unteren 48 Ländern beliebt sind – von Müsli über Äpfel bis hin zu Two-Bite-Brownies –, aber für viele Menschen in der Stadt ist das Meer der eigentliche Lebensmittelladen. Die Ureinwohner Alaskas, die etwa drei Viertel der Bevölkerung von Kotzebue ausmachen, holen jedes Jahr Hunderte Kilogramm Nahrung aus dem Meer.

„Wir sind Meeresmenschen“, erzählt mir Schaeffer. Wir beide sind in der winzigen Kabine von Schaeffers Fischerboot zusammengepfercht, in den milden Stunden eines nieseligen Morgens im September 2022. Wir fahren auf ein Wasserüberwachungsgerät zu, das den ganzen Sommer über im Kotzebue Sound vor Anker liegt. Am Bug haben Ajit Subramaniam, ein mikrobieller Ozeanograph von der Columbia University, New York, Whiting und Schaeffers Sohn Vince ihre Nasen in umgedrehte Kragen gesteckt, um sich vor dem kalten Regen zu schützen. Wir alle sind hier, um einen Sommer lang Informationen über Cyanobakterien zu sammeln, die die Fische vergiften könnten, auf die Schaeffer und viele andere angewiesen sind.

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Riesige Algenkolonien sind nichts Neues und oft von Vorteil. Im Frühling beispielsweise führt ein erhöhter Licht- und Nährstoffgehalt dazu, dass Phytoplankton blüht und eine mikrobielle Suppe entsteht, die Fische und Wirbellose ernährt. Doch im Gegensatz zu vielen anderen Algenarten können Cyanobakterien gefährlich sein. Einige Arten können Cyanotoxine produzieren, die bei Menschen und anderen Tieren Leber- oder neurologische Schäden und möglicherweise sogar Krebs verursachen.

Viele Gemeinden sind von Cyanobakterien befallen. Obwohl viele Cyanobakterien in der Meeresumwelt überleben können, erregen Süßwasserblüten tendenziell mehr Aufmerksamkeit, und ihre Auswirkungen können sich auf Brackwasserumgebungen ausbreiten, wenn Bäche und Flüsse sie ins Meer tragen. In Ostafrika beispielsweise werden Blüten im Viktoriasee für massive Fischsterben verantwortlich gemacht. Auch Menschen können leiden: Im Jahr 1996 starben in einem Extremfall 26 Patienten nach einer Behandlung in einem brasilianischen Hämodialysezentrum, und bei einer Untersuchung wurden Cyanotoxine in der Wasserversorgung der Klinik festgestellt. Häufiger kommt es bei exponierten Personen zu Fieber, Kopfschmerzen oder Erbrechen.

Wenn Phytoplanktonblüten zerfallen, können ganze Ökosysteme Schaden nehmen. Verrottende Cyanobakterien entziehen dem Wasser Sauerstoff und ersticken Fische und andere Meereslebewesen. Im Brackwasser der Ostsee tragen Cyanobakterienblüten zur Sauerstoffentzugung des Tiefenwassers bei und schädigen die Kabeljauindustrie.

Mit der richtigen Kombination aus Nährstoffen, Licht und Temperatur können sich Cyanobakterien schnell vermehren oder „blühen“. Foto von der NASA

Während der Klimawandel die Arktis verändert, weiß niemand, wie – oder ob – sich Cyanotoxine auf die Menschen und die Tierwelt Alaskas auswirken werden. „Ich versuche, nicht alarmierend zu sein“, sagt Thomas Farrugia, Koordinator des Alaska Harmful Algal Bloom Network, das im ganzen Bundesstaat schädliche Algenblüten erforscht, überwacht und das Bewusstsein für sie schärft. „Aber darauf sind wir meiner Meinung nach im Moment einfach nicht ganz vorbereitet.“ Whiting und Subramaniam wollen das ändern, indem sie herausfinden, warum in Kotzebue Cyanobakterienblüten entstehen, und indem sie ein schnelles Reaktionssystem schaffen, das die Einheimischen schließlich warnen könnte, wenn ihre Gesundheit gefährdet ist.

Whitings Cyanobakterien-Geschichte begann im Jahr 2008. Eines Tages, als er mit dem Fahrrad von der Arbeit nach Hause fuhr, stieß er auf eine faszinierende Stelle: Der Kotzebue Sound hatte sich gelbgrün verfärbt, eine Farbe, die anders war als alles, was er in der Natur für möglich gehalten hätte. Sein erster Gedanke war: Wo kommt diese Farbe her?

Die Geschichte der Cyanobakterien auf diesem Planeten reicht jedoch etwa 1,9 Milliarden Jahre zurück. Als die ersten Organismen, die die Photosynthese entwickelten, wird ihnen oft zugeschrieben, dass sie Sauerstoff in die Erdatmosphäre bringen und so den Weg für komplexe Lebensformen wie uns selbst ebnen.

Im Laufe ihrer langen Geschichte haben Cyanobakterien Tricks entwickelt, die es ihnen ermöglichen, sich wild zu vermehren, wenn sich Bedingungen wie Nährstoffgehalt oder Salzgehalt ändern und andere Mikroben abtöten. „Man kann sie sich als eine Art Unkrautart vorstellen“, sagt Raphael Kudela, Phytoplanktonökologe an der University of California in Santa Cruz. Die meisten Mikroben benötigen zum Wachstum und zur Vermehrung beispielsweise eine komplexe Form von Stickstoff, die manchmal nur in begrenzten Mengen verfügbar ist, aber die vorherrschenden Cyanobakterien im Kotzebue Sound können eine einfache Form von Stickstoff nutzen, die in praktisch unbegrenzten Mengen in der Luft vorkommt.

Cyanotoxine sind wahrscheinlich ein weiteres Werkzeug, das das Gedeihen von Cyanobakterien fördert, aber die Forscher sind sich nicht sicher, welchen genauen Nutzen diese Toxine diesen Mikroben haben. Einige Wissenschaftler glauben, dass sie Organismen abschrecken, die Cyanobakterien fressen, beispielsweise größeres Plankton und Fische. Hans Paerl, ein Wasserökologe von der University of North Carolina in Chapel Hill, vertritt eine andere Hypothese: dass Toxine Cyanobakterien vor den potenziell schädlichen adstringierenden Nebenprodukten der Photosynthese schützen.

Ungefähr zu der Zeit, als Kotzebue zum ersten Mal blühte, erkannten Wissenschaftler, dass der Klimawandel wahrscheinlich die Häufigkeit von Cyanobakterienblüten erhöhen würde und dass sich Blüten darüber hinaus vom Süßwasser – lange Zeit im Mittelpunkt der Forschung – in angrenzendes Brackwasser ausbreiten könnten. Die Blüten des Kotzebue Sound bilden sich wahrscheinlich in einem nahegelegenen See, bevor sie ins Meer fließen.

Die neuesten wissenschaftlichen Erkenntnisse zu Cyanobakterien hatten Kotzebue jedoch 2008 noch nicht erreicht. Stattdessen untersuchten Beamte des Alaska Department of Fish and Game das Chartreuse-Wasser auf Erdöl und seine Nebenprodukte. Die Tests fielen negativ aus, was Whiting ratlos zurückließ. „Ich hatte keine Ahnung“, sagt er. Es war die Biologin Lisa Clough, damals von der East Carolina University und jetzt bei der National Science Foundation, mit der Whiting zuvor zusammengearbeitet hatte, die ihm vorschlug, Cyanobakterien in Betracht zu ziehen. Im folgenden Jahr bestätigte die Analyse einer Wasserprobe, dass sie Recht hatte.

Im Jahr 2017 besuchte Subramaniam Kotzebue als Teil eines Forschungsteams, das die Dynamik des Meereises untersuchte. Als Whiting erfuhr, dass Subramaniam schon lange ein Interesse an Cyanobakterien hegte, „hat es bei uns sofort Klick gemacht“, sagt Subramaniam.

Alex Whiting, der Umweltprogrammdirektor des Native Village of Kotzebue (links), und Ajit Subramaniam, ein mikrobieller Ozeanograph von der Columbia University, New York, rechts, bereiten Wasserüberwachungsgeräte für den Einsatz vor. Foto von Saima Sidik

Das Fischsterben im Jahr 2021 verdoppelte die Begeisterung von Whiting und Subramaniam, zu verstehen, wie sich das mikrobielle Ökosystem des Kotzebue Sound auf die Stadt auswirken könnte. Ein Pathologe stellte Schäden an den Kiemen des toten Fisches fest, die möglicherweise durch die harten, stacheligen Schalen von Kieselalgen (einer Algenart) verursacht wurden. Die Ursache für das Fischsterben ist jedoch noch unklar. Da so viele Einwohner der Stadt auf Fisch als Nahrungsquelle angewiesen sind, macht das Subramaniam nervös. „Wenn wir nicht wissen, was den Fisch getötet hat, ist es sehr schwierig, die Frage zu beantworten: Ist der Verzehr sicher?“ er sagt.

Ich schaue mir das neueste Kapitel ihrer Zusammenarbeit aus einer geduckten Position auf dem Deck von Schaeffers steil schwankenden Fischerboot an. Whiting versichert mir, dass der einteilige Schwimmanzug, den ich trage, mein Leben retten wird, wenn ich im Wasser lande, aber ich habe keine Lust, diese Theorie zu testen. Stattdessen halte ich mich mit einer Hand am Boot und mit der anderen an dem Telefon fest, mit dem ich Videos aufnehme, während Whiting, Subramaniam und Vince Schaeffer ein weiß-gelbes Gerät hochziehen, das sie im Meer vertäut haben, und das Boot hineinschaukeln der Prozess. Schließlich entsteht eine Metallkugel mit dem Durchmesser eines Hula-Hoop-Reifens. Daraus ragt ein meterlanges Rohr heraus, das einen Cyanobakterien-Sensor enthält.

Der Sensor ermöglicht es Whiting und Subramaniam, eine Einschränkung zu überwinden, mit der viele Forscher konfrontiert sind: Eine Cyanobakterienblüte ist intensiv, aber flüchtig. „Wenn Sie also nicht zur richtigen Zeit hier sind“, erklärt Subramaniam, „werden Sie sie nicht sehen.“ " Im Gegensatz zu den isolierten Messungen, auf die sich Forscher häufig verlassen, hatte der Sensor vom Zeitpunkt seiner Auslösung im Juni bis zu diesem kühlen Septembermorgen alle 10 Minuten einen Messwert erfasst. Durch die Messung des Gehalts einer fluoreszierenden Verbindung namens Phycocyanin, die nur in Cyanobakterien vorkommt, hoffen sie, die Häufigkeit dieser Arten mit Veränderungen der Wasserqualität wie Salzgehalt, Temperatur und dem Vorhandensein anderer Planktonformen in Zusammenhang zu bringen.

Whiting, Subramaniam und Vince Schaeffer, Sohn des Bootskapitäns Bob Schaeffer, setzen die Wasserüberwachungsausrüstung ein. Die vom Gerät gesammelten Informationen helfen dabei, die Bedingungen zu bestimmen, unter denen Cyanobakterien zum Blühen neigen. Foto von Saima Sidik

Die Forscher sind von der Arbeit begeistert, weil sie das Potenzial hat, die Gesundheit der Einwohner Alaskas zu schützen, und weil sie ihnen helfen könnte, zu verstehen, warum Blüten überall auf der Welt vorkommen. „Eine solche hohe Auflösung ist wirklich wertvoll“, sagt Malin Olofsson, Wasserbiologin von der Schwedischen Universität für Agrarwissenschaften, die Cyanobakterien in der Ostsee untersucht. Durch die Kombination von Phycocyanin-Messungen mit Toxin-Messungen hoffen die Wissenschaftler, ein vollständigeres Bild der Gefahren zu liefern, denen Kotzebue ausgesetzt ist. Derzeit liegt Subramaniams Priorität jedoch darin, zu verstehen, welche Arten von Cyanobakterien am häufigsten vorkommen und was sie zum Blühen bringt.

Farrugia vom Alaska Harmful Algal Bloom Network freut sich über die Möglichkeit, ähnliche Methoden in anderen Teilen Alaskas anzuwenden, um einen Gesamtüberblick darüber zu erhalten, wo und wann sich Cyanobakterien vermehren. Zu zeigen, dass der Sensor an einem Ort funktioniert, „ist definitiv der erste Schritt“, sagt er.

Den Ort und die potenzielle Quelle von Cyanobakterienblüten zu verstehen, ist nur die halbe Miete; die andere Frage ist, was dagegen zu tun ist. In der Ostsee, wo der Abfluss von Düngemitteln aus der industriellen Landwirtschaft die Blüte verstärkt hat, haben die Nachbarländer große Anstrengungen unternommen, um diesen Abfluss einzudämmen – und das mit Erfolg, sagt Olofsson. Kotzebue liegt jedoch nicht in einem landwirtschaftlich genutzten Gebiet, und stattdessen haben einige Wissenschaftler die Hypothese aufgestellt, dass durch das Auftauen des Permafrosts Nährstoffe freigesetzt werden könnten, die die Blüte fördern. Es gibt nicht viel, was irgendjemand tun kann, um dies zu verhindern, außer die Klimakrise umzukehren. Einige Chemikalien, darunter Wasserstoffperoxid, erweisen sich als vielversprechende Möglichkeiten, Cyanobakterien abzutöten und vorübergehende Linderung von Blüten zu bewirken, ohne die Ökosysteme allgemein zu beeinträchtigen. Bisher haben chemische Behandlungen jedoch keine dauerhaften Lösungen gebracht.

Stattdessen hofft Whiting, ein schnelles Reaktionssystem zu schaffen, damit er die Stadt benachrichtigen kann, wenn eine Blüte Wasser und Lebensmittel giftig macht. Dafür ist jedoch der Aufbau der Forschungsinfrastruktur von Kotzebue erforderlich. Derzeit bereitet Subramaniam in der Küche des Büros des Selawik National Wildlife Refuge Proben vor und schickt sie dann quer durch das Land an Forscher, deren Analyse Tage, manchmal sogar Monate dauern kann. Um die Arbeit sicherer und schneller zu machen, beantragen Whiting und Subramaniam Mittel für die Einrichtung eines Labors in Kotzebue und stellen möglicherweise einen Techniker ein, der die Proben im eigenen Haus bearbeiten kann. Ein Labor zu bekommen ist „wahrscheinlich das Beste, was hier oben passieren konnte“, sagt Schaeffer. Subramaniam ist zuversichtlich, dass sich ihre Bemühungen im nächsten Jahr auszahlen werden.

Mittlerweile wächst auch in anderen Regionen Alaskas das Interesse an Cyanobakterienblüten. Emma Pate, Schulungskoordinatorin und Umweltplanerin der Norton Sound Health Corporation, startete ein Überwachungsprogramm, nachdem Mitglieder lokaler Stämme eine erhöhte Anzahl von Algen in Flüssen und Bächen bemerkt hatten. In Utqiaġvik an der Nordküste Alaskas haben die Einheimischen ebenfalls damit begonnen, Proben auf Cyanobakterien zu nehmen, sagt Farrugia.

Whiting ist der Ansicht, dass diese Arbeit eine kritische Lücke im Verständnis der Bevölkerung Alaskas über die Wasserqualität schließt. Die Aufsichtsbehörden müssen noch Systeme entwickeln, um die Bevölkerung Alaskas vor der potenziellen Bedrohung durch Cyanobakterien zu schützen. Daher „muss jemand etwas unternehmen“, sagt er. „Wir können nicht alle einfach im Dunkeln tappen und darauf warten, dass ein Haufen Menschen stirbt.“ Vielleicht wird dieses Gefühl der Selbstgenügsamkeit, das es den Menschen in der Arktis seit Jahrtausenden ermöglicht hat, in der gefrorenen Tundra zu gedeihen, erneut die Aufgabe erfüllen.

Diese Geschichte wurde ursprünglich vom Hakai Magazine veröffentlicht und ist Teil von Covering Climate Now, einer globalen journalistischen Zusammenarbeit, die die Berichterstattung über die Klimageschichte stärkt.