ERC Storys - Winzige Fossilien können riesige Erkenntnisgewinne bringen
"Der Ozeanboden ist ein Friedhof", sagt Dr. Heather Stoll. "Der größte Teil des Schlamms auf dem Boden besteht aus winzigen Mikrofossilien, die sich in dicken Schichten abgelagert haben. Wenn man tiefer gräbt, gelangt man zu den älteren, sodass wir mit genau datierten Proben, die bis zu 60 Millionen Jahre alt sind, arbeiten können." Viele dieser winzigen Fossilien sind die Überreste versteinerter Algen mit einem inneren "Skelett" aus Calcit (einer Art Kalziumkarbonat) oder "Diatomeen" mit Zellwänden aus Siliziumoxid – besser bekannt als der Halbedelstein Opal. "Der Opal ist wie ein Glaskrug", erklärt Dr. Stoll. "Innen befindet sich eine dünne Auskleidung aus organischen Molekülen, die von den Algen während der Photosynthese erzeugt wurden. Das Fossil kann die organische Substanz im Inneren Millionen Jahre lang schützen, wie ein Reagenzglas mit Proben, das die Bedingungen simuliert, unter denen die Algen lebten und starben." Dr. Stolls Forschungsgruppe extrahiert die organische Substanz, die in diesen winzigen "Hüllen" isoliert ist und untersucht den Inhalt – dabei suchen die Forscher nach Bor, Calcite, Kohlenstoffisotopen, wie z. B. 12C und 13C, sowie nach Sauerstoffisotopen, wie z. B. 18O und 16O. Evolution: Anpassung an klimatische Veränderungen Es gibt Hinweise darauf, dass sich die Art und Weise, wie diese Algen Kohlenstoff aus dem Meereswasser aufnehmen, im Laufe der Zeit verändert hat. Heute "pumpen" Algen aktiv Bicarbonat (HCO3) in ihre Zellen, wenn der Säuregehalt oder die Karbonatkonzentration vor Ort dies erfordern. Es scheint jedoch, dass bei den Populationen, die vor 60 Millionen Jahren lebten, die Aufnahme einzig und allein durch Diffusion erfolgte. "Wir suchen nach neuen biochemischen Indikatoren für diese Veränderungen und wollen herausfinden, wann sich diese Fähigkeiten entwickelt haben", sagt Dr. Stoll. Indem die Forscher Veränderungen des Kohlendioxidgehalts (CO2) in der Vergangenheit – der zum Zeitpunkt der Bildung der ältesten Fossilien viel höher lag – mit der Anpassung der Algen in Verbindung setzen, sollten Sie in der Lage sein, bessere Erkenntnisse über den Kohlenstoffzyklus der Atmosphäre und des Ozeans zu gewinnen. Die Reaktion der Algen auf Umweltveränderungen und ihre Rolle im Kohlenstoffzyklus hat Auswirkungen darauf, wie sich Änderungen des Klimas, der Atmosphäre und des Ozeans in Zukunft gegenseitig beeinflussen werden. "Das Projekt ging Ende 2009 an den Start und unsere bisherigen Ergebnisse beziehen sich auf die Kalibrierung neuer biochemischer Indikatoren für diese Wege der Kohlenstoffaufnahme", sagt Dr. Stoll. So ist Bor beispielsweise einer der Stoffe, der anzeigt, wenn sich Zellen aufgrund geringerer CO2-Konzentrationen auf natürliche Weise anpassen und die Diffusion nicht mehr nutzen. "Im nächsten Schritt messen wir, wie schnell die Anpassung an die verschiedenen Veränderungen der Umwelt erfolgte", fährt sie fort. "Wir füllen den Fossilbericht von beiden Enden aus, sodass wir uns darauf konzentrieren, wann und wie sich die Algen genau an die Veränderung angepasst haben." "Die Förderung durch den ERC war für dieses Projekt ausschlaggebend", bestätigt Dr. Stoll. "Die Finanzhilfe ermöglichte den Aufbau einer Forschungsgruppe mit einem Experten auf dem Gebiet der Mikrofossilien, um die Zellen zu identifizieren, und einem Biologen, um die Algenkulturen zu züchten. Ein multidisziplinäres Team kann neue Erkenntnisse und Lösungen bringen." Das Projektteam züchtet im Labor auch Algen unter verschiedenen CO2- und Säuregehaltbedingungen. Durch die Kombination dieser Konzepte hoffen die Forscher, Antworten auf Fragen zu finden, wie: "Haben Algen einen CO2-Konzentrationshöchstwert, an dem die "Pumpe" ausgeschaltet wird? Könnte sich das darauf auswirken, welche Arten erfolgreicher sind? Und könnte das wiederum Einfluss darauf haben, wie der Ozean in Zukunft CO2 aus der Atmosphäre aufnimmt?" - Quelle: Dr. Heather Stoll - Projekkoordinator: Universidad de Oviedo, Spanien - Projekttitel: Precedents for algal adaptation to atmospheric CO2: New indicators for eukaryotic algal response to the last 60 million years of CO2 variation - Projektakronym: PACE - PACE Projektwebsite - RP7 Förderprogramm (ERC-Aufruf): Starting Grant 2009 - Finanzierung durch die EK: 1,8 Millionen EUR - Projektdauer: fünf Jahre Glossar Diatomeen – oder auch Kieselalgen, eine der häufigsten Arten von Meeresplankton. Sie sind normalerweise Einzeller und unterscheiden sich von anderen Algen darin, dass sie sillikathaltige Zellwände besitzen, die als Mikrofossilien erhalten bleiben können. Opal – ein Silikat oder eine Art Stein, der innerhalb der Zellwand von Kieselalgen gebildet wird. Calcite – eine Form von Kalziumkarbonat, das häufig in den Schalen von Meeresorganismen vorkommt und daher einen wichtigen Bestandteil von Kalkstein und Marmor darstellt. Bor – ein lösliches Element, das nur in kleinen Mengen in der Atmosphäre vorkommt, aber eine wichtige Rolle in den Zellwänden von Pflanzen spielt. Isotop – verschiedene "Versionen" des gleichen Elements, die in ihren Atomen die gleiche Anzahl Protonen aber unterschiedlich viele Neutronen besitzen. So ist 13C beispielsweise ein von Lebewesen produziertes Kohlenstoffisotop (mit 13 Neutronen im Zellkern) im Gegensatz zum häufiger vorkommenden 12C-Isotop, dessen Atome nur 12 Neutronen besitzen.