Die Gletscher der Welt verschwinden aufgrund des Klimawandels in einem alarmierenden Tempo. Zwar wird dieses Phänomen seit vielen Jahren untersucht und modelliert, doch bis heute wurden keine Modelle über die Auswirkungen der Eisschmelze auf die von den Gletschern gespeisten Bäche und deren Ökosysteme erstellt. Eine Studie - die im Rahmen des von der EPFL geleiteten Projekts "Vanishing Glaciers" durchgeführt und soeben in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht wurde - ermöglicht zum allerersten Mal Vorhersagen darüber, wie diese Bäche sowie ihr Mikrobiom bis zum Ende des Jahrhunderts unter verschiedenen Szenarien des Klimawandels aussehen werden.
Lebenswichtige Quellen für unsere großen Flüsse
"Gletscherbäche sind die Quellen, aus denen einige der größten Flusssysteme der Welt gespeist werden und die Milliarden von Menschen mit lebenswichtigen Wasserressourcen versorgen. In der Schweiz zum Beispiel entspringen fast alle großen Flüsse hier: die Rhone, der Inn oder die Etsch. Was in diesen höher gelegenen Gebieten geschieht, hat also direkte Auswirkungen auf alles, was flussabwärts liegt", betont Hannes Peter, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Forschungslabor für Flussökosysteme (RIVER) der EPFL und Koautor der Studie. "Heute ist es daher entscheidend, besser zu verstehen, wie sich die Gletscherschmelze auf die Entwicklung und die Mikrobiologie dieser Bäche auswirken wird."Tausende von Bakterien analysiert
"Wir haben die genetischen Daten von 2333 verschiedenen Bakterienarten rekonstruiert und analysiert, die aus Proben von 164 Gletscherbächen in den wichtigsten Gebirgsketten der Welt gewonnen wurden", erklärt Massimo Bourquin, technischer Mitarbeiter am Labor für die Anpassung des Mikrobioms an die sich verändernde Umwelt der EPFL, ehemaliger Doktorand am RIVER-Labor und Erstautor der Studie. "Wir haben dann Vorhersagemodelle erstellt, indem wir diese Informationen mit Klima-, Gletscher- und Umweltdaten kombiniert haben, um zu verstehen, wie die verschiedenen Bakterienstämme auf diese Parameter reagieren.""Unser Ansatz beschränkte sich nicht auf die Analyse isolierter Bakterien", erklärt er. "Wir untersuchten auch Schlüsselmerkmale wie die Vielfalt und Verteilung zwischen dominanten und seltenen Arten. Die Gesamtheit dieser Analysen bot uns einen umfassenden Überblick über die potenziellen Auswirkungen des Klimawandels auf diese Ökosysteme und ihr Mikrobiom unter verschiedenen Szenarien."
Auf dem Weg zu einer "Vergrünung" der Gletscherbäche
Die Studie sagt insbesondere eine "Vergrünung" der Gletscherbäche voraus. "Die derzeitigen Bedingungen in diesen Bächen sind so einschränkend, dass sich die klassischen Organismen alpiner Bäche, insbesondere Algen, nicht entwickeln können", kommentiert Massimo Bourquin. Von Gletschern gespeiste Bäche sind in der Tat "extreme" Umgebungen, die sich durch mehrere schwierige Bedingungen auszeichnen: sehr niedrige Temperaturen, starke Schwankungen der Fließgeschwindigkeit, reichlich Feinsedimente, die das Wasser trüben und das Eindringen von Licht verringern, Nährstoffknappheit und geringer Sauerstoffgehalt. "Diese Kombination von Faktoren schafft ein einzigartiges Mikrobiom, das speziell an diese Bedingungen angepasst ist. Mit dem allmählichen Verlust der Gletschermerkmale werden sich diese Ökosysteme weiterentwickeln und anderen alpinen Bächen ähnlicher werden. Wir werden dann eine Zunahme von Algen beobachten, was zu mehr Photosynthese, mehr für Organismen verfügbarem organischem Material und damit zu einer Vermehrung der Bakterien- und Algengemeinschaften führt."Wir sehen das Eis schmelzen, aber nicht nur das Wasser verschwindet
Tom Battin, Professor für Umweltwissenschaften und Leiter des RIVER-Labors an der EPFL
Unsichtbares mikrobielles Erbe in Gefahr
Diese Veränderungen werden zum Verlust von Bakteriengruppen führen, die speziell an extreme Bedingungen angepasst sind, mit weitreichenden Folgen für das Funktionieren dieser Ökosysteme und all derer, die von ihnen abhängen. "Es ist zu erwarten, dass ein Teil der für diese harten Bedingungen hochspezialisierten Bakterien nicht in der Lage sein wird, angesichts der Entstehung "grünerer" Umgebungen zu überleben, in denen andere Arten, die besser an die neuen Bedingungen angepasst sind, die Oberhand gewinnen werden", warnt Massimo Bourquin."Wir sehen das Eis schmelzen, aber es ist nicht nur das Wasser, das verschwindet", warnt Tom Battin, ordentlicher Professor für Umweltwissenschaften, Leiter des RIVER-Labors und Mitautor der Studie. "Wir werden auch ein einzigartiges Mikrobiom verlieren", bedauert er. "Obwohl sie für das bloße Auge unsichtbar sind, spielen Mikroben eine fundamentale Rolle in Ökosystemen: Sie reinigen das Wasser, recyceln Nährstoffe und regulieren wichtige Kreisläufe, wie den Kohlenstoff- und Stickstoffkreislauf, und unterstützen so die Nahrungskette und das reibungslose Funktionieren des Ökologischen Gleichgewichts."
Trotz der geografischen Streuung der untersuchten Bäche erweisen sich ihre Merkmale als erstaunlich konstant. Was in unserer Studie auffällig ist, ist die Ähnlichkeit der Mikrobiome in allen von uns untersuchten Gletscherbächen", erklärt Massimo Bourquin. Diese Gleichförmigkeit, die durch die extremen Bedingungen der Gletscher bedingt ist, macht deutlich, wie wichtig diese mikrobiellen Ökosysteme sind. Angesichts des Rückgangs der Gletscher ist ihre Erhaltung die einzige Option, um diese einzigartigen Lebensräume nicht zu verlieren."
Das Glacier Stewardship Program - ein internationales Team setzt sich für den Erhalt der Gletscher ein
Um Gletscher zu erhalten, die Ökologischen und wirtschaftlichen Auswirkungen ihres Abschmelzens zu mildern und ihre Biodiversität zu schützen, starten Wissenschaftler der EPFL, der ETH Zürich und der Universität Innsbruck das Glacier Stewardship Program. Mehr als zwanzig weitere Universitäten und Forschungsinstitute aus der ganzen Welt beteiligen sich an der Initiative.
Diese Allianz von Wissenschaftlern verpflichtet sich, die Herausforderungen und Folgen des Gletscherschwunds durch drei Prioritäten zu bewältigen:
- Entwicklung neuer technischer Ansätze zur Verlangsamung der Eisschmelze auf lokaler Ebene und Durchführung systematischer Bewertungen und Tests.
- Verbesserung der Frühwarnsysteme, um Gemeinden besser vor den Gefahren zu schützen, die von Gletschern in bestimmten Bergketten ausgehen.
- Einrichtung einer Biobank, um Gletschermikroorganismen für künftige Generationen zu erhalten und ihre Kraft zur Abmilderung der Folgen des Klimawandels zu nutzen.
