Die Rolle von Fettsäuren in alpinen Fließgewässern im Wandel

Alpine Fließgewässer sind entscheidend für die Versorgung umgebender Tieflandregionen mit klarem Wasser, wobei hierfür funktionierende aquatische Lebensgemeinschaften notwendig sind. Die derzeit voranschreitenden Umweltveränderungen in Gebirgsregionen, wie etwa steigende Luft- und Wassertemperatur oder abschmelzende Gletscher, haben jedoch drastische Auswirkungen auf die Lebewelt in diesen Gewässern. Während bekannt ist, dass sich die Artenzusammensetzung einzelner Organismengruppen erheblich verändern wird, sind Auswirkungen auf das Zusammenwirken dieser Gruppen in Nahrungsnetzen nicht abschätzbar. Verschiedene Primärproduzenten (z.B. Cyanobakterien oder Kieselalgen) stellen beispielsweise qualitativ unterschiedliche Nahrung für höhere Nahrungsebenen wie Insektenlarven dar. Die prognostizierten Umweltveränderungen führen jedoch zu Verschiebungen in ihrer Zusammensetzung, weshalb Verschlechterungen der Nahrungsqualität für aquatische Insektenlarven und folglich auch für das gesamte Nahrungsnetz in alpinen Fließgewässern absehbar, aber noch nicht abschätzbar, ist. In diesem Projekt untersuchen wir deshalb, inwiefern klimabedingte Umweltveränderungen die Qualität der Nahrungsgrundlage, d.h. die Verfügbarkeit von essentiellen, biochemischen Nährstoffen wie etwa mehrfachungesättigte Fettsäuren (PUFA), und in weiterer Folge höhere Ebenen im Nahrungsnetz alpiner gletschergespeister Fließgewässer beeinflussen. Indem wir alpine Einzugsgebiete mit unterschiedlichem Vergletscherungsgrad untersuchen, testen wir die Hypothese, dass ein bereits bekannter Rückgang von Kieselalgen und goldbraunen Algen aufgrund abnehmendem Gletschereinfluss mit einer verringerten Verfügbarkeit von PUFA einhergeht. Zudem überprüfen wir, inwiefern eine unterschiedliche Verfügbarkeit von Lipiden im Allgemeinen und von PUFA sich auf die Zusammensetzung und die Fitness (Körpergewicht) der Konsumenten in diesen Gewässern (benthische Invertebraten) auswirkt. In Experimenten werden wir noch dazu feststellen, inwiefern der Rückgang der Gletscher - und damit einhergehende Lebensraumbedingungen in den Gewässern mit der Produktion von Biomasse und von essentiellen Fettsäuren in Gebirgsbächen zusammenhängen. Diese erstmalige Betrachtung der biochemischen Nahrungsqualität in alpinen Fließgewässern in Zusammenarbeit mit nationalen Kooperationspartnern, und die Verknüpfung von molekularen und biochemischen Methoden mit der Analyse tierischer Arteigenschaften, wird unser Verständnis von tierischen Überlebensmechanismen in Extremlebensräumen entscheidend verbessern. Noch dazu werden diese Untersuchungen zeigen, wie sich klimabedingte Umweltveränderungen auf die Qualität aquatischer Nahrungsnetze im Gebirge auswirken. Und da Tieflandflüsse in und um Gebirgsräume hauptsächlich von Gebirgsbächen gespeist werden, können die Erkenntnisse dieses Projektes zur Abschätzung und Milderung von Klimaauswirkungen auf die Produktion von Fischlebensräumen beitragen.

Wie der Rückzug der Gletscher die Nahrungsproduktion alpiner Bäche verändert Alpine Gletscherbäche zählen zu den extremeren Ökosystemen Europas und verändern sich derzeit besonders rasch. Dieses Projekt zeigt, dass der Rückzug der Gletscher diese Gewässer nicht nur äußerlich beeinflusst, sondern ihre ökologische Funktionsweise verändert. Betroffen sind die Qualität der Nahrungsgrundlage und dadurch auch der Energiefluss von Produzenten zu Konsumenten. Untersucht wurden hochalpine, weitgehend unbeeinflusste Einzugsgebiete der Zentralalpen (Ötztal und Nationalpark Hohe Tauern). Dort liegen Gewässer mit unterschiedlich starkem Gletschereinfluss nahe beieinander (wie ein natürliches Hochgebirgslabor) und ermöglichen es, heutige Unterschiede als Vorschau auf künftige Entwicklungen alpiner Fließgewässer zu nutzen. Im Mittelpunkt des Projekts stand das Zusammenspiel zwischen Nahrungsproduzenten am Bachbett (Algen- und Bakterienaufwuchs) und ihren tierischen Konsumenten (aquatischen Insektenlarven) und wie sich das bei ändernden Umweltbedingungen verschiebt. Entscheidend war nicht die Menge der produzierten Biomasse, sondern deren biochemische Qualität, gemessen über lebenswichtige Omega-3- und Omega-6-Fettsäuren erfasst, die entlang der Nahrungskette angereichert und umgewandelt werden und Wachstum, Fitness sowie Fortpflanzung der Tiere beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen ein teils gegenläufiges Muster. Abnehmender Gletschereinfluss macht die Bäche physikalisch milder: Trübung und Sedimentfracht gehen zurück, der Aufwuchs nimmt zu. Gleichzeitig verschiebt sich jedoch dessen Zusammensetzung. Neben weiterhin dominanten Kiesel- und Goldalgen treten vermehrt Cyanobakterien auf, welche zwar Biomasse liefern, aber kaum nährstoffreiche Fettsäuren enthalten und von Konsumenten schlecht verwertet werden. Dadurch verschlechtert sich die energetische Basis der Nahrungsnetze, obwohl der Bach auf den ersten Blick produktiver erscheint. Auf Seiten der Konsumenten zeigten die Untersuchungen zugleich überraschende Anpassungen. Hochspezialisierte Insektenlarven, insbesondere Gletschermücken der Gattung Diamesa, sind offenbar in der Lage, bestimmte langkettige Fettsäuren selbst zu synthetisieren und so Schwankungen in deren Verfügbarkeit teilweise abzufedern. Diese Fähigkeit widerspricht gängigen Annahmen aus Tieflandgewässern und liefert neue Einblicke in Überlebensstrategien extremer Lebensräume. Ergänzend untersuchte das Projekt weitere Aspekte des Umweltwandels in Gebirgsbächen. Langfristige Analysen von Wassertemperaturdaten zeigten einen deutlichen Anstieg der Wassertemperaturen, insbesondere bei Maximal- und Minimalwerten in den letzten zehn Jahren. Europaweite Vergleiche aquatischer wirbelloser Tiere machten zudem deutlich, dass im Alpenraum überdurchschnittlich viele Arten eine hohe Vulnerabilität gegenüber Klimawandelfolgen aufweisen. Zugleich wurden potenzielle Gewinner, Verlierer und Zeigerorganismen identifiziert und das Ausmaß des Wandels alpiner Lebensgemeinschaften abgeschätzt. Für diese beiden Publikationen wurde dem Projektleiter im Jahr 2023 der Preis der Stadt Innsbruck für wissenschaftliche Forschung verliehen. Das Projekt wurde an der Universität Innsbruck in Zusammenarbeit mit der auf Fettsäureanalysen spezialisierten Forschungsgruppe von Martin J. Kainz am WasserCluster Lunz durchgeführt. Ein projektbegleitender Übersichtsartikel identifiziert zudem zentrale zukünftige Forschungsfragen zur Bedeutung der Nahrungsqualität in Gebirgsgewässern. Insgesamt wird deutlich, dass der Gletscherrückgang alpine Bäche nicht nur sichtbar, sondern in der Funktionsweise verändert. Verschiebt sich die Nahrungsqualität in den Quellregionen, wirkt sich dies entlang der Nahrungsketten bis in größere Flüsse aus, diese Forschung trug damit zum Verständnis gewässerökologischer Klimawandelfolgen im Alpenraum bei.