Blooms like it hot, but mussels do not: Influence of invasive quagga mussels on cyanobacteria during summer

Die Studie zeigt, dass invasive Quaggamuscheln im Sommer zwar schädliche Blaualgenblüten filtern können, diese positive Wirkung jedoch bei Wassertemperaturen über einem kritischen Schwellenwert von etwa 28 °C versagt, was im Zuge der globalen Erwärmung zu einer Zunahme von Algenblüten führen könnte.

Das Wesentliche

🌡️ Die Geschichte von den hungrigen Muscheln und den heißen Sommern

Stellen Sie sich einen See wie einen riesigen, lebendigen Pool vor. In diesem Pool gibt es zwei Hauptakteure, die oft im Konflikt stehen:

1. Die Cyanobakterien (Blaualgen): Das sind die "Bösen". Sie vermehren sich schnell, wenn es warm ist, und bilden dicke, grüne Schleimschichten (Algenblüten). Diese können giftig sein und für Menschen und Tiere gefährlich werden.
2. Die Quaggamuschel: Das ist ein invasiver Gast aus Nordamerika. Sie ist ein "Fress-Monster", das wie ein lebendiger Wasserfilter funktioniert. Sie saugt das Wasser durch sich hindurch und frisst die Algen auf. Normalerweise ist sie ein Held, der den See sauber hält.

Das Problem: Die Wissenschaftler haben herausgefunden, dass dieser Held eine ganz große Schwäche hat: Hitze.

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🧪 Das Labor-Experiment: Wer mag wen?

Die Forscher haben Muscheln in das Labor geholt und ihnen verschiedene Algenarten vorgesetzt, um zu sehen, was sie gerne essen und was nicht.

• Das Menü: Sie gaben ihnen verschiedene Arten von Blaualgen und grüne Algen.
• Das Ergebnis:
  • Eine bestimmte Art von Blaualge (Dolichospermum) war für die Muscheln wie Pommes Frites: Sie fraßen sie gierig und schnell.
  • Andere Blaualgen (wie Microcystis oder Aphanizomenon) waren wie stachelige Kaktusfrüchte oder harte Nüsse. Die Muscheln spuckten sie wieder aus oder fraßen sie kaum. Sie waren "unverdaulich".

Aber dann kam die Hitze ins Spiel:
Die Forscher stellten die Muscheln in Wannen mit unterschiedlich warmem Wasser.

• Bei 24–27 °C waren die Muscheln super aktiv und fraßen wie verrückt (besonders die "Pommes").
• Sobald das Wasser über 28,9 °C wurde, passierte etwas Schlimmes: Die Muscheln wurden lethargisch, hörten auf zu fressen und starben schließlich bei 32 °C.

Die Analogie: Stellen Sie sich vor, Sie sind ein Marathonläufer. Bei kühlem Wetter laufen Sie schnell. Aber wenn die Temperatur auf 30 °C steigt, werden Sie schwach, müssen aufhören zu laufen und brechen zusammen. Genau so geht es den Muscheln.

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🌊 Die echte Welt: Der See Müggelsee in Berlin

Um zu sehen, ob das im echten Leben auch so ist, schauten sich die Forscher 20 Jahre Daten aus dem Berliner See Müggelsee an.

• Vor der Muschel-Invasion (2002–2011): Es gab viele Blaualgen, besonders die "Pommes"-Art.
• Nach der Invasion (2012–2021): Als die Muscheln kamen, verschwanden die "Pommes"-Algen fast vollständig. Der See wurde sauberer. Die Muscheln hatten ihre Arbeit getan!

Aber hier kommt der Haken (der Titel der Studie):
Die Forscher stellten fest, dass die Muscheln nur dann halfen, wenn es nicht zu heiß war.

• In kühlen Sommern fraßen die Muscheln die Algen weg.
• In heißen Sommern (wenn das Wasser über 27,7 °C stieg) hörten die Muscheln auf zu fressen. In diesen Jahren kamen die "Pommes"-Algen wieder zurück und bildeten Blüten.

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🔥 Was bedeutet das für die Zukunft? (Der Klimawandel)

Der Klimawandel macht unsere Seen immer heißer. Das ist ein doppeltes Unglück für die Seen:

1. Die Algen lieben die Hitze: Je wärmer es wird, desto schneller wachsen die giftigen Blaualgen.
2. Die Muscheln hassen die Hitze: Je wärmer es wird, desto weniger fressen sie (und sterben sogar).

Das Fazit:
Früher waren die Muscheln wie ein natürlicher Sicherheitsventil, das die Algenblüten im Zaum hielt. Aber durch den Klimawandel wird es im Sommer immer öfter so heiß, dass dieses Ventil kaputtgeht.

Die Muscheln können dann nicht mehr gegen die Algen ankämpfen. Das Ergebnis: In Zukunft werden wir in vielen Seen mit invasiven Muscheln wahrscheinlich mehr und stärkere giftige Algenblüten sehen, weil die "Helden" bei Hitze einfach die Flinte ins Korn werfen.

Kurz gesagt: Die Muscheln sind großartige Algenfresser, aber nur solange es nicht zu heiß ist. Wenn der Sommer zum "Hitzesommer" wird, gewinnen die Algen.

Technische Zusammenfassung

Titel: Blooms like it hot, but mussels do not: Einfluss invasiver Quaggamuscheln auf Cyanobakterien während des Sommers

1. Problemstellung und Hintergrund
Cyanobakterienblüten (Harmful Algal Blooms, HABs) stellen eine erhebliche Bedrohung für Süßwasserökosysteme und die menschliche Gesundheit dar. Der Klimawandel begünstigt deren Ausbreitung, da viele Cyanobakterien bei höheren Temperaturen (über 25 °C) schneller wachsen. Invasive Dreissiden-Muscheln, insbesondere die Quaggamuschel (Dreissena rostriformis bugensis), gelten als potenzielle biologische Kontrolleure, da sie als Filtrierer Phytoplankton aus dem Wasser entfernen können.
Es ist jedoch unklar, inwieweit diese Filtrationsleistung von der Art der Cyanobakterien (z. B. Koloniebildung, Toxizität) und der Wassertemperatur abhängt. Bisherige Studien lieferten keine eindeutigen Ergebnisse darüber, ob Quaggamuscheln bei den durch den Klimawandel häufiger werdenden Hitzewellen ihre Filtrationsfähigkeit verlieren und somit die Kontrolle über schädliche Algenblüten aufgeben.

2. Methodik
Die Studie kombinierte kontrollierte Laborversuche mit einer Langzeitdatenanalyse eines flachen, temperierten Sees (Müggelsee, Berlin) über einen Zeitraum von 20 Jahren (10 Jahre vor und 10 Jahre nach der Invasion der Quaggamuschel).

• Laborversuche (Filtrationsraten):

  • Organismen: Es wurden vier häufige Cyanobakterien-Arten (Dolichospermum flos-aquae, Aphanizomenon flos-aquae, Anabaenopsis elenkinii, Microcystis aeruginosa), zwei Grünalgenarten (Chlorella vulgaris, Acutodesmus obliquus) sowie gemischte Proben aus dem See getestet.
  • Bedingungen: Filtrationsraten wurden bei Temperaturen zwischen 24 °C und 33 °C (in 1- oder 2-Grad-Schritten) gemessen.
  • Messung: Die Filtrationsraten (Clearance Rates) wurden basierend auf der Chlorophyll-a-Konzentrationsabnahme über 3 Stunden berechnet und auf die aschefreie Trockengewicht (AFDW) der Muscheln normiert.
  • Statistik: Es wurden generalisierte lineare Modelle (GLM) zur Analyse von Art- und Temperatureffekten sowie segmentierte Regressionen zur Identifizierung kritischer Temperaturbruchpunkte (Breakpoints) verwendet.

• Langzeitdatenanalyse (Müggelsee):

  • Zeitraum: Sommerdaten (Juli–September) von 2002–2011 (vor der Invasion) und 2012–2021 (nach der Invasion, die um 2012 stattfand).
  • Parameter: Analyse von Nährstoffkonzentrationen (N, P) und Cyanobakterien-Biovolumen in Abhängigkeit von der maximalen Wassertemperatur.
  • Statistik: Generalisierte lineare gemischte Modelle (GLMM) mit Null-Inflation zur Bewertung der Auswirkungen der Invasion auf verschiedene Cyanobakterien-Gruppen, unterteilt nach "essbar" (palatable) und "weniger essbar" (less-palatable) basierend auf den Laborergebnissen.

3. Wichtige Beiträge und Ergebnisse

• Spezifische Filtrationspräferenzen:

  • Die Quaggamuscheln zeigten eine hohe Filtrationsrate für Dolichospermum flos-aquae (eine nicht-koloniebildende Art), die als essbar (palatable) klassifiziert wurde.
  • Im Gegensatz dazu wurden Microcystis aeruginosa, Aphanizomenon flos-aquae und Anabaenopsis elenkinii (oft koloniebildend oder mit gelatinösen Hüllen) nur sehr gering gefiltert und gelten als weniger essbar (less-palatable). Toxizität war dabei kein entscheidender Faktor für die Selektion; die Morphologie (Koloniebildung) spielte eine größere Rolle.

• Kritische thermische Schwelle (Labor):

  • Die Filtrationsraten blieben bis ca. 28 °C stabil.
  • Oberhalb eines kritischen Breakpoints von 28,9 °C (95 % KI: 27,6–30,2 °C) sanken die Filtrationsraten drastisch.
  • Bei 32 °C waren alle Muscheln innerhalb von 4 Stunden tot. Dies definiert eine kritische thermische Obergrenze für die ökologische Funktion der Muscheln.

• Langzeiteffekte im See (Müggelsee):

  • Nach der Invasion sank das Biovolumen der essbaren Cyanobakterien (Dolichospermum) signifikant, während das der weniger essbaren Arten unverändert blieb.
  • Dieser Rückgang trat jedoch nur auf, wenn die Wassertemperaturen unter dem kritischen Bereich lagen.
  • Eine segmentierte Regression der Felddaten bestätigte einen Breakpoint bei 27,7 °C (95 % KI: 26,9–28,4 °C). Oberhalb dieser Temperatur verschwand der kontrollierende Effekt der Muscheln auf die essbaren Cyanobakterien vollständig.
  • In Jahren mit extremen Sommertemperaturen (Hitzewellen) traten auch nach der Invasion große Blüten essbarer Cyanobakterien auf, da die Muscheln bei diesen Temperaturen ihre Filtrationsleistung einstellten oder starben.

4. Bedeutung und Schlussfolgerung

Die Studie liefert den ersten umfassenden Beleg dafür, dass die Fähigkeit invasiver Quaggamuscheln, schädliche Algenblüten zu kontrollieren, stark temperaturabhängig ist.

• Paradoxon des Klimawandels: Während der Klimawandel einerseits das Wachstum von Cyanobakterien fördert, führt er andererseits dazu, dass die natürlichen biologischen Kontrollmechanismen (Filtration durch Muscheln) bei kritischen Sommertemperaturen versagen.
• Vorhersage von HABs: Zukünftige Modelle zur Vorhersage von Algenblüten müssen diese "kritische thermische Fenster" berücksichtigen. In wärmeren Sommern oder während Hitzewellen können sich auch in von Muscheln besiedelten Seen wieder massive Blüten essbarer, potenziell toxischer Cyanobakterien entwickeln.
• Ökosystem-Dynamik: Die Studie zeigt, dass invasive Arten nicht per se als "Lösung" für HABs betrachtet werden können, da ihre Wirksamkeit durch abiotische Stressfaktoren (Hitze) limitiert wird, die durch den Klimawandel zunehmen.

Zusammenfassend lässt sich sagen: "Blüten mögen es heiß, aber Muscheln nicht." Die ökologische Kontrolle durch Quaggamuscheln ist ein temperaturabhängiger Prozess, der bei steigenden Wassertemperaturen zunehmend unwirksam wird.