Es bildet die Grundlage der marinen Nahrungsketten und spielt damit eine wichtige Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf: Eigentlich bedeutet der griechische Begriff „Plankton“ so viel wie „das Umhergetriebene“, denn die teils einzelligen Organismen scheinen im Wasser zu schweben und von den Strömungen passiv bewegt zu werden. Doch es ist bereits lange bekannt, dass sich viele Vertreter der Winzlinge auch aktiv fortbewegen können. Das Photosynthese-betreibende Phytoplankton wandert dabei in Zyklen vertikal aus der nährstoffreichen Tiefe in die lichtdurchfluteten Oberflächenbereiche der Meere und wieder zurück. Wie die grünen Einzeller das schaffen, ist bei vielen Arten leicht erkennbar: Sie sind mit schlagenden Anhängseln ausgestattet, durch die sie sich gerichtet fortbewegen können. Daneben gibt es allerdings auch Vertreter des Phytoplanktons, die keine Schwimmorgane wie Geißeln besitzen, aber dennoch vertikal im Meer unterwegs zu sein scheinen.
Mysteriöse Dynamik
Auf welchen Mechanismen diese Fortbewegung beruht, haben die Forschenden um Adam Larson von der Stanford University nun erstmals aufgeklärt. Wie das Team berichtet, stand am Anfang der Studie eine zufällige Entdeckung: Auf einem Forschungsschiff sammelten sie vor der Küste von Hawaii Vertreter der einzelligen, unbegeißelten Phytoplankton-Art Pyrocystis noctiluca in verschiedenen Wassertiefen. Dabei zeigte sich, dass die Exemplare deutlich unterschiedliche Größen aufwiesen. „Es dauerte eine Weile, bis wir den Grund dafür herausfanden, bis wir auf Videoaufnahmen sahen, dass sich die Zellen massiv aufblähten. Das kann ganz plötzlich passieren – innerhalb von zehn Minuten“, berichtet Larson.
Um das Phänomen und die möglichen Auswirkungen auf das Auftriebsverhalten der Zellen zu untersuchen, nutzte das Team eine spezielle Mikroskopier-Technik. Damit kann die vertikale Bewegung eines Objekts im Meerwasser durch einen Rotationsmechanismus simuliert und beobachtet werden. So konnten die Forschenden das dynamische Verhalten der Zellen des Pyrocystis-Phytoplanktons untersuchen. Dabei konnten sie auch unterschiedliche Wassertiefen durch Veränderungen der Temperatur, des Lichts und des Drucks simulieren.
So zeigte sich: Bei dem Vergrößerungsmechanismus handelt es sich um ein wichtiges Element im Entwicklungszyklus und dem Bewegungsverhalten von Pyrocystis. Demnach können sich die Zellen binnen Minuten auf das Sechsfache ihrer ursprünglichen Größe aufblähen. Dabei kehrt sich dann die Bewegungsrichtung vom Sinken zum Aufsteigen um, zeigten die Beobachtungen. Das bedeutet: Nach der Volumenzunahme besitzen die Zellen eine geringere Dichte als das umgebende Meerwasser.
