Leben auf dem Eis: Biodiversität und Extremophile auf Gletschern
Eine Gletscheroberfläche wirkt auf den ersten Blick wie eine der lebensfeindlichsten Umgebungen der Erde: extreme Kälte, intensive UV-Strahlung, wenig Nährstoffe, kein Boden, kaum organisches Material. Und doch ist das Eis lebendig. Wer genauer hinsieht — manchmal mit bloßem Auge, manchmal erst unter dem Mikroskop — entdeckt eine erstaunliche Vielfalt an Organismen, die sich an diese extremen Bedingungen nicht nur angepasst haben, sondern darin flourieren.
Die Biologie von Gletschern ist ein junges, aufstrebendes Forschungsfeld, und die Entdeckungen der letzten Jahrzehnte haben das Bild von Gletschern als leblosen Eiswüsten grundlegend revidiert. Gletscherökosysteme sind produktiv, vernetzt und hochspezialisiert — und mit dem globalen Gletscherschwund droht ein Teil dieser einzigartigen Biodiversität zu verschwinden, bevor sie vollständig beschrieben ist.
Kryophile Algen: Das rote Schnee-Phänomen
Eines der spektakulärsten Zeichen des Gletscherlebens ist „Wassermelon-Schnee" — rosarote oder rote Flecken auf der Schneeoberfläche, die in vielen Gebirgen der Welt auftreten. Die Ursache sind kryophile (kälteliebende) Algen der Gattung Chlamydomonas und verwandter Genera, insbesondere Sanguina nivaloides, die in schmelzendem Oberflächenschnee gedeihen.
Diese Algen enthalten Carotinoide, die sie vor der intensiven UV-Strahlung auf der Schneeoberfläche schützen — dasselbe Pigment, das reifen Karotten und Paprika ihre Farbe gibt. In hoher Konzentration färben sie den Schnee auffällig rot oder rosa. Das Phänomen ist auf der Jungfrau in der Schweiz, am Mont Blanc in Frankreich, in den Rockies Nordamerikas und auf der Antarktischen Halbinsel dokumentiert.
Diese Algen haben einen praktischen Effekt auf die Energiebilanz des Gletschers: Die dunklere Oberfläche absorbiert mehr Sonnenstrahlung, was die Schmelzrate erhöht. Das ist ein Rückkopplungseffekt, der in Klimamodellen zunehmend berücksichtigt wird.
Gletscherbakterien und der Nährstoffkreislauf
Auf der Oberfläche und im Innern von Gletschern leben psychrotrophe und psychrophile Bakterien — Organismen, die bei Temperaturen nahe dem Gefrierpunkt nicht nur überleben, sondern aktiv Stoffwechsel betreiben. Diese Bakterien sind Teil eines komplexen Nährstoffkreislaufs auf dem Eis.
Organisches Material — abgestorbene Algen, Pilzsporen, Pollen, Insektenreste, durch den Wind eingetragene Partikel — akkumuliert auf der Gletscheroberfläche und bildet die Nahrungsgrundlage für bakterielle Gemeinschaften. Diese Gemeinschaften bauen organisches Material ab und setzen dabei Nährstoffe frei, die wiederum die Algenphotosynthese unterstützen.
In Kryokonitmulden — kleinen, dunklen Löchern in der Gletscheroberfläche — konzentriert sich das organische und mineralische Material, das der Wind auf den Gletscher weht. Diese Mulden sind lokale Hotspots der Biodiversität: Unter einem Deckchen von schmelzendem Wasser gedeihen diverse Bakterien, Algen, Pilze, Hefen und winzige Tiere wie Bären-Tierchen (Tardigraden).
Tardigraden: Die „Bärchen" des Eises
Tardigraden — im Volksmund als Bären-Tierchen oder Wasserbären bekannt — gehören zu den widerstandsfähigsten Lebewesen der Erde. Diese weniger als einen Millimeter großen Tiere können unter extremen Bedingungen in einen Kryptobiose-Zustand übergehen, in dem ihr Stoffwechsel nahezu zum Erliegen kommt. Sie überstehen so Temperaturen nahe dem absoluten Nullpunkt, Vakuum, intensive Strahlung und extreme Austrocknung.
Auf Gletschern sind Tardigraden in Kryokonitmulden und im feuchten Oberflächenschnee regelmäßig anzutreffen. Sie ernähren sich von Algen, Bakterien und organischen Partikeln und sind wichtige Konsumenten in der Gletschernahrungskette. Auf dem Gornergletscher in der Schweiz und auf isländischen Gletschern wurden mehrere für Gletscherumgebungen spezialisierte Tardigraden-Arten beschrieben.
Gletscherflöhe und Gletschermücken
Auf der Eisoberfläche laufen in manchen Hochgebirgen Gletscherflöhe umher — eigentlich keine echten Flöhe, sondern Springschwänze (Collembola) der Art Isotoma saltans und verwandter Arten. Diese Insekten sind speziell an das Leben auf Eis angepasst: Ihr Körper enthält frostschutzmittelartige Verbindungen, die verhindern, dass ihre Zellen bei Frost geschädigt werden.
In Alaska und Kanada ist der Gletscherfloh Mesenchytraeus solifugus — eigentlich ein Ringelwurm — auf Gletschern heimisch. Diese kleinen Würmer bevölkern den Schnee in solchen Mengen, dass sie mit bloßem Auge als schwarze Punkte erkennbar sind. Sie ernähren sich von Algen und organischen Partikeln, sind aber vollständig an niedrige Temperaturen angepasst: Warmhalten tötet sie.
Mikrobielles Leben unter dem Eis
Auch unter dem Gletscher, im Bereich des Gletscherbetts, gibt es Leben. In den dünnen Wasserfilmen zwischen Eis und Fels leben psychrophile Bakterien, die durch chemolithotrophe Stoffwechselwege — also ohne Sonnenlicht, nur auf Basis chemischer Energie — Energie gewinnen.
Diese subglazialen mikrobiellen Gemeinschaften sind wichtig für das Verständnis des Nährstoffaustrags von Gletschern. Wenn Gletscherschmelzwasser ins Meer gelangt, trägt es gelöste organische Substanz und Nährstoffe mit, die von diesen Mikroorganismen produziert wurden und für marine Lebensgemeinschaften verfügbar werden.
Schutz und Bedrohung
Die Biodiversität der Gletscher ist bedroht, weil die Gletscher selbst bedroht sind. Wenn ein Gletscher schmilzt, verschwinden nicht nur die physischen Strukturen, sondern auch die Ökosysteme, die von ihnen abhängen — mit allen darin lebenden, noch nicht beschriebenen Arten.
Gleichzeitig verändert der Klimawandel die Bedingungen auf den verbleibenden Gletschern: steigende Temperaturen, veränderte Schmelzmuster und mehr Eintrag von organischem Material durch die zunehmende Vegetationsausbreitung in Hochlagen.
Auf der Karte lässt sich nachvollziehen, wo weltweit die bedeutendsten Gletscherökosysteme liegen und welche Gletscher als Forschungsstandorte für Kryobiologie bekannt sind.