13.12.2017: Forschung CH

Gefährlicher Einheitsmix bei Blaualgen in Seen

Dangereuse homogénéisation des cyanobactéries dans les lacs


Marie-Eve Monchamp et al.

Die Zusammensetzung der Blaualgengemeinschaften in den Seen am Alpenrand wird seit fast 100 Jahren immer gleichförmiger. Der Anteil seltener, nur in wenigen Seen angetroffener Arten und Artengruppen geht seit 1950 zurück, der Anteil häufiger Arten hat sich vervierfacht. Die Hauptgründe: die Klimaerwärmung und die Überdüngung in den 1960er- und 1970er-Jahren. Zu den Profiteuren zählen vor allem Arten, die sich sehr schnell an Veränderungen anpassen können und potentiell giftig sind. Zu diesem Befund kommt ein Team von Forschenden unter Leitung der Eawag dank der Untersuchung von DNA aus Sedimentkernen. Obwohl die Überdüngung inzwischen gestoppt wurde, hält der Trend der Vereinheitlichung weiter an.

Les différences entre les communautés d'algues bleues des différents lacs périalpins s'estompent depuis une centaine d'années. La proportion d’espèces et de groupes d’espèces rares qui ne se trouvent que dans quelques lacs recule depuis 1950 contrairement à la proportion d’espèces plus fréquentes qui s’est multipliée. Les raisons principales: le réchauffement du climat et la surfertilisation des années 1960 et 1970, Les profiteurs sont avant tout des espèces potentiellement toxiques capables de s'adapter très rapidement à de nouvelles conditions environnementales. C'est ce qu'a constaté une équipe de recherche dirigée par l'Eawag en étudiant l'ADN contenu dans des carottes sédimentaires. Malgré le fait que la surfertilisation s’est entretemps stoppée, la tendance à l’uniformisation continue.


Blaualgen, oder fachlich korrekt Cyanobakterien, sind anpassungsfähige Organismen. Sie gehören im See zur untersten Stufe des Nahrungsnetzes. Noch vor rund 100 Jahren lebte in jedem Schweizer See eine eigene, charakteristische Vielfalt von ihnen. Untersuchungen von Forscherinnen und Forschern zeigen nun, dass diese Unterschiede von See zu See immer kleiner werden.
Aus 10 Seen haben die Forschenden Sedimentkerne entnommen, in den datierbaren Ablagerungen der letzten 100 Jahre das Erbgut (DNA) der Blaualgen analysiert und die Daten statistisch ausgewertet. So konnten sie verfolgen, wie die Zahl der genetisch differenzierbaren «Arten» zwar in einigen Seen gestiegen ist, die Zusammensetzung über alle Seen betrachtet aber immer uniformer wird. Der Anteil seltener, nur in wenigen Seen angetroffener Arten und Artengruppen geht seit 1950 zurück, der Anteil häufiger Arten hat sich vervierfacht.
Die Studie deckt zwei Hauptgründe für diesen Trend auf: steigende Temperaturen und die Überdüngung vieler Seen in den 1960er- und 1970er-Jahren. Die höheren Temperaturen führen zu länger anhaltenden Phasen, in denen die Seen nicht durchmischt werden weil warmes, leichteres Oberflächenwasser nicht in die Tiefe sinkt. Davon hat zum Beispiel im Zürichsee die Burgunderblutalge Planktothrix rubescens profitiert. Sie ist bei den Wasserversorgern nicht beliebt, denn sie kann rote Algenteppiche bilden – daher der Name – und ist potentiell toxisch. Generell scheinen diejenigen Arten zu den Profiteuren zu gehören, die ihre vertikale Position im See aktiv beeinflussen und auch mit weniger Licht leben können. Genau unter diesen Arten sind viele toxisch. Nebst der Burgunderblutalge gehören auch Microcystis-Arten und die invasive Art Dolichospermum lemmermannii dazu. Letztere war bisher vor allem von Seen nördlich der Alpen bekannt, macht sich nun aber auch im Süden breit.
Interessant ist, dass der Trend zur Gleichförmigkeit weitergeht trotz des Rückganges der hohen Phosphorwerte ab Mitte der 1970er-Jahre. Die Autorinnen und Autoren führen das unter anderem darauf zurück, dass generell die Umweltbedingungen von See zu See immer weniger variieren. Auch seien die Temperaturdifferenzen zwischen den Seen südlich und nördlich der Alpen geringer geworden. Und schliesslich seien die Konzentrationen von Stickstoff, dem zweiten wichtigen Nährstoff, seit den 1970er-Jahren nahezu unverändert hoch geblieben.


Les algues bleues, ou plus exactement les cyanobactéries, sont des organismes très flexibles appartenant, dans les lacs, au maillon inférieur de la chaîne alimentaire. Il a seulement 100 ans, chaque lac possédait sa propre communauté de cyanobactéries de composition bien spécifique. Maintenant, des chercheuses et de chercheurs montrent que les différences entre lacs disparaissent peu à peu.
Les scientifiques ont prélevé des carottes sédimentaires dans 10 lacs, analysé l'ADN stocké au cours des 100 dernières années dans les couches annuelles puis traité les données par voie statistique. Ils ont ainsi pu suivre l'évolution dans le temps du nombre d'« espèces » différentiables et ont constaté que même si ce nombre augmentait dans certains lacs, la composition de la communauté changeait de moins en moins d'un lac à l'autre. Depuis 1950, la part d'espèces et de groupes d'espèces rares et uniquement présents dans certains lacs a reculé tandis que la part d'espèces communes a quadruplé.

L'étude a identifié deux causes principales à cette évolution : l'augmentation des températures et l'eutrophisation de nombreux lacs dans les années 1960 et 1970. Le réchauffement s'accompagne d'un rallongement des périodes de stagnation où les eaux plus chaudes et plus légères restent en surface. Dans le lac de Zurich, l'espèce Planktothrix rubescens a par exemple profité de ce phénomène. Cette algue est redoutée des distributeurs d'eau potable dans la mesure où elle est potentiellement toxique et peut former des tapis rouge sombre nuisibles. De façon générale, les nouvelles conditions semblent profiter aux espèces capables de modifier leur position verticale dans le lac et de supporter une moindre luminosité. Et malheureusement, beaucoup d'entre elles sont justement toxiques. En plus de Planktothrix rubescens, des espèces du genre Microcystis et l'espèce invasive Dolichospermum lemmermannii comptent parmi les gagnantes des changements. Cette dernière, qui était surtout connue des lacs du nord des Alpes, progresse aujourd'hui au sud.
Fait intéressant, l'étude a également révélé que l'homogénéisation se poursuivait malgré la baisse des teneurs en phosphates obtenue à partir du milieu des années 1970. Pour les auteures et auteurs, ceci pourrait notamment s'expliquer par le fait que les écarts entre les conditions écologiques des différents lacs se sont également atténués. Ainsi, les températures des lacs du nord et du sud des Alpes se sont rapprochées. Enfin, les concentrations en azote, le deuxième élément nutritif le plus important, sont quasiment restées au niveau très élevé qu'elles avaient atteint dans les années 1970.

Keywords:
Artenvielfalt; Gewässer; Biogeografie; Klimawandel; Stickstoff

Art der Publikation:
Fachpublikation

Literatur:
Monchamp M.-E. et al. (2017): Homogenization of lake cyanobacterial communities over a century of climate change and eutrophication. Nature Ecology and Evolution. http://dx.doi.org/10.1038/s41559-017-0407-0
https://www.nature.com/articles/s41559-017-0407-0

Kontaktadresse:
Dr. Francesco Pomati
Eawag
Überlandstrasse 133
CH-8600 Dübendorf
francesco.pomati@eawag.ch
Tel: +41 (0)58 765 54 10


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