Diatomeen sind überall zu finden, vor allem im Wasser und im Boden. Der Beitrag, den sie zum Naturhaushalt der Erde leisten, ist enorm. Man schätzt, dass durch ihre Photosynthese jedes Jahr 20,000,000,000,000 Tonnen Kohlenstoff gebunden werden – mehr als alle Regenwälder der Welt zusammengenommen!
Kieselalgen, auch Diatomeen genannt, verwenden für den Aufbau ihrer Zellen Silikat, das wie Glas ist: Sie leben gewissermaßen in verzierten Glashäusern. Ihre Formen sind erstaunlich variabel, und die verschiedenen Arten von Löchern und Linien sind präzise angeordnet.
Ihre vielfältigen Formen und Muster aus wunderschön angeordneten Poren sind mit dem Lichtmikroskop zu erkennen, während die feinen Strukturen und Markierungen an den Zellwänden nur mit dem Elektronenmikroskop zu sehen sind. Sie haben sich im Laufe der Jahre entwickelt, um sich an raue natürliche Umgebungen anzupassen: Fossile Beweise deuten darauf hin, dass sie schon vor dem frühen Jura, also vor etwa 200 Millionen Jahren, entstanden sind. Sie sind weit verbreitete und diversifizierte Mikroorganismen (ca. 100.000 Arten) auf der Erdoberfläche.
Fast alle Kieselalgen sind mikroskopisch klein – die Größe der Zellen reicht von 2 µm bis 500 µm, also einen halben Millimeter. Die größten Kieselalgen sind etwa so breit wie ein menschliches Haar. In der Forschung, werden Lichtmikroskope (LM) oder Rasterelektronenmikroskope (SEM)
Warum bevorzugen manche Diatomeen bestimmte Landschaften oder Bodentypen gegenüber anderen?
Je nachdem, ob wir uns den Boden in Wäldern, auf Wiesen oder Feldern ansehen – einige Diatomeen kommen nur in einer Art dieser Böden vor. Warum ist das so?
„In Waldböden haben Diatomeen einen stabilen Mikrohabitat. Im Jahr 2021 haben wir gezeigt, dass eine Störung des Bodens – zum Beispiel durch die Landwirtschaft – und nicht die jahreszeitlichen Veränderungen der Grund dafür sind, warum einige Diatomeengemeinschaften nicht in landwirtschaftlich genutzten Böden zu finden sind“
erklärt der Diatomeenexperte und Forscher Carlos Wetzel und fügt hinzu, dass es noch kein bestimmtes sichtbares Alleinstellungsmerkmal gibt, das zu einer Diatomee und ihrer Vorliebe für Lebensräume gehört.
Für viele Diatomeenarten, die im Wasser vorkommen, haben Wissenschaftler herausgefunden, wie diese auf menschliche Einflüsse reagieren, welche verschmutztes oder sauberes Wasser bevorzugen und vieles mehr. Luxemburg beobachtet seine Flüsse seit Anfang der 2000er Jahre anhand von Diatomeen im Rahmen der Wasserrahmenrichtlinie (EU-WRRL 2000/60/EG), und Wissenschaftler haben herausgefunden, wie lange die Diatomeen im Wasser brauchen, um sich an neue Wasserqualitätsbedingungen anzupassen. Für den Boden müssen diese Erkenntnisse erst noch gewonnen werden – nur wenige Wissenschaftler haben Diatomeen im Boden untersucht. Carlos Wetzel von LIST ist einer von ihnen. Carlos beschäftigt sich seit rund 20 Jahren mit Diatomeen und hat jedes Diatomeenbild auf dieser Seite aufgenommen. Wir kucken uns seine Forschung näher an.
Diatomeen zeichnen ein Bild von der Gesundheit des Bodens in Luxemburg
Diatomeen sind seit fast 20 Jahren ein Untersuchungsgegenstand für Forscher in Luxemburg. Normalerweise werden Kieselalgen im Wasser untersucht – sie sind zum Beispiel auf den glitschigen Grünalgen, die man auf Felsen am Wasser findet, reichlich vorhanden. Carlos Wetzel, ein Forscher am Luxembourg Institute of Science and Technology, untersucht sie im Boden, um ein Bild von der Gesundheit des Bodens in Luxemburg zu zeichnen.
Er ist durch ganz Luxemburg gereist, um fast 300 Proben von drei Bodentypen zu sammeln: Wald-, Grünland- und Ackerböden (z. B. landwirtschaftliche Felder).
„Kürzlich hat das Environmental Metabarcoding eine völlig neue Möglichkeit eröffnet, die mikrobielle Vielfalt in der Natur zu bewerten. Die Methode liefert Daten über viele Organismen, die bisher unserer Aufmerksamkeit entgangen sind, weil sie mit herkömmlichen Methoden nur schwer zu identifizieren sind, was bei Kieselalgen oft der Fall ist“.
erklärt Carlos Wetzel. Kieselalgen können so winzige Strukturen bilden, die im Nanometerbereich (1/1.000.000 Millimeter) liegen und erstaunlich elegant sind! Carlos Wetzel fängt atemberaubende, farbenfrohe Bilder von Kieselalgen ein, die ihre komplizierten Formen zeigen. Eines seiner Bilder wurde 2019 im Rahmen des ersten FNR-Science Image Competition ausgezeichnet.
Das Projekt von Carlos Wetzel zielt darauf ab, die Bodenbedingungen in Bezug auf menschliche Einflüsse und Fruchtbarkeit zu bewerten, indem molekulare Ansätze und mikroskopische Techniken kombiniert werden, um die Vielfalt dieser Mikroorganismen im Boden zu entschlüsseln und einen Überblick über ihre Vielfalt, ihre funktionelle Bedeutung, ihre Reaktion auf menschliche Einflüsse und ihren Einsatz als Bioindikatoren zu erhalten. Das Gesamtziel ist es, einen biologischen Qualitätsindex zu erstellen, anhand dessen zukünftige Verschlechterungen und Verbesserungen gemessen, überwacht und besser verstanden werden können.
“Besides being the baseline for developing and creating an index to help eventual soil monitoring, the results gained from our project will serve as baseline for many further studies involving soil biodiversity,”
Carlos explains.
Die aus der Untersuchung der Diatomeen gewonnenen Erkenntnisse können Wissenschaftlern, Landwirten und politischen Entscheidungsträgern helfen, eine bessere Strategie für das Düngemittelmanagement, die Landnutzung und die Bewirtschaftungsmethoden zu entwickeln.
Warum ist es wichtig, den Boden in Luxemburg zu untersuchen?
Während in Luxemburg auch andere Aspekte des Bodens erforscht werden, gibt es bisher kaum landesweite oder EU-weite biologische Daten zur Bodenstruktur.
Schlechter Boden ist teuer: Bodenverschlechterungen wie Verschmutzung, Verlust von organischem Kohlenstoff im Boden, Verlust der biologischen Vielfalt, Versauerung, Erosion oder Verdichtung können Luxemburg jedes Jahr Kosten in Millionenhöhe verursachen.
Es ist wichtig, den Boden nicht zu sehr zu verdichten: Wasser, Nährstoffe und Organismen müssen zwischen den oberen und unteren Bodenschichten fließen – wenn der Boden durch schwere Maschinen unter ungeeigneten Bodenbedingungen verdichtet wird, wird dieser Fluss eingeschränkt, was schlimme Folgen hat: Ohne eine gesunde Bodenstruktur ist es für den Boden schwieriger, die Auswirkungen des Klimawandels abzumildern, das Pflanzenwachstum zu unterstützen und Dürreperioden zu überstehen.
Die Erkenntnisse über die Kieselalgenmetrik, die in Forschungsprojekten wie dem von Carlos Wetzel am LIST gewonnen werden, könnten in Bodenüberwachungsprogramme einfließen und so zum Erhalt unseres Bodens beitragen – denn schließlich dauert es 1.000 Jahre, bis ein Zentimeter Boden entsteht.
Dieses Forschungsprojekt wird durch einen Zuschuss aus dem CORE-Programm der FNR unterstützt, das Zuschüsse für Forschung in Schwerpunktbereichen für Luxemburg vergibt.
