Eine Dreifach-Symbiose schützt Seegraswiesen vor Sulfid-Vergiftung

Abb. 1: Zwergseegras Zostera noltii (Aus: Otto Wilhelm Thomé, Flora von Deutschland, Österreich und der Schweiz. Gera, 1885)

Seegraswiesen säumen in weiten Teilen der Welt die flachen küstennahen Regionen bis in eine Tiefe von etwa 40 m. Sie sind von großer ökologischer Bedeutung, da sie für zahlreiche Fische und viele andere Tierarten einen idealen Lebensraum bieten. Außerdem stabilisieren sie die sandigen Gezeitenbereiche und dienen damit auch dem Küstenschutz. Leider sind Seegraswiesen seit einiger Zeit vielerorts im Bestand bedroht, so dass eine Beeinträchtigung der Biodiversität befürchtet werden muss.

Seegräser gehören zu den wenigen Arten von Blütenpflanzen, die auch im Meer vorkommen. Sie wurzeln meist im sandigen Meeresboden und entwickeln bandförmige Blätter. Botanisch gesehen sind es keine Gräser, sondern Vertreter verschiedener Familien aus der ebenfalls zu den Einkeimblättrigen gehörenden Ordnung Alismatales = Froschlöffelartige.

Von ihrer Lage her sind Seegraswiesen ein Auffangbecken für organisches Material. Dieses sammelt sich im Sediment an und wird unter den dort herrschenden sauerstoffarmen Bedingungen von Bakterien abgebaut, die statt Sauerstoff das im Meerwasser reichlich vorhandene Sulfat zur Oxidation verwenden. Bei diesem Vorgang entsteht aber reichlich Sulfid, das für die Pflanzen schädlich ist und ihr Wachstum deutlich hemmt. Vor allem in wärmerem Wasser ist die Sulfid-Produktion bedenklich hoch.

Lange Zeit war unklar, wieso Seegraswiesen trotz dieses offensichtlichen Problems so erfolgreich sind. Niederländische Wissenschaftler (van der Heide et al. 2012) haben jetzt nachweisen können, dass eine Dreifach-Symbiose zwischen Seegras, den mit ihm assoziierten Mondmuscheln (verschiedene Gattungen der Familie Lucinidae) und deren kiemenbewohnenden Bakterien dafür verantwortlich ist.

Zunächst konnte durch eine umfangreiche Literaturauswertung gezeigt werden, dass in den Tropen 97 %, in den Subtropen 90 % und im gemäßigten Klima 56 % der untersuchten Seegraswiesen in ihrem Sediment Mondmuscheln enthalten. Die zugehörige Individuendichte ist dabei mit meist etwa 100 bis mehr als 1000 pro m² beachtlich hoch. Die Muscheln sind im Sediment eingegraben und besitzen in ihren Kiemen Sulfid-oxidierende Bakterien, mit denen sie in Symbiose zusammenleben.

In Laboruntersuchungen mit dem auch bei uns heimischen Zwerg-Seegras (Zostera noltii) und der Mondmuschel-Art Loripes lacteus konnten die Autoren zeigen, dass bei Anwesenheit von Sulfid die gemeinsame Aufzucht für beide Partner wesentlich bessere Wachstumsergebnisse liefert als die getrennte Aufzucht.

Insgesamt konnte durch die Literaturauswertung, die Laboruntersuchungen und eine Feldstudie im Nationalpark Banc d‘Arguin in Mauretanien gezeigt werden, dass die Seegräser und die Mondmuscheln mit ihren symbiontischen Bakterien eine gut funktionierende Dreifach-Symbiose eingehen. Die Seegräser sorgen indirekt für das Vorkommen von Sulfid und geben aufgrund ihrer Photosynthese über die Wurzeln Sauerstoff an die im Sediment benachbarten Muscheln ab. Diese wiederum transportieren Sulfid und Sauerstoff zu den in ihren Kiemen lebenden Bakterien, die durch die Sulfidoxidation Energie gewinnen und damit Zucker aufbauen, die das Wachstum beider Organismen fördern. Gleichzeitig wird dabei die – besonders in warmem Meerwasser – hohe, für die Seegräser schädliche Sulfidkonzentration herabgesetzt, was wiederum ein deutlich gesteigertes Wachstum der Seegräser zur Folge hat.
Beispiele wie dieses sind immer wieder eindrucksvoll und zeigen ein weiteres Mal, wie in genialer Weise die gegenseitige Ergänzung ganz verschiedener Organismen wesentlich zum Funktionieren komplexer Ökosysteme beitragen kann.

H. Kutzelnigg

[Van der Heide T et al. (2012) A three-stage symbiosis forms the foundation of seagrass ecosystems. Science 336, 1432. DOI: 10.1126/science.1219973]