Blutschnee – verborgene Lebenswelt im blühenden Schnee

Blutschnee in den Kanadischen Rocky Mountains

Wer dem sommerlichen Grün der Täler den Rücken kehrt und sich in eisige Schneefelder begibt, sieht manchmal plötzlich rot.

Nein, es ist nicht der beißende Schweiß, der beim Aufstieg in die Augen läuft und auch keine Spiegelung der Morgenröte am Horizont.

Es ist der Frühling selbst, der den Schnee farbenprächtig blühen lässt. Mikroskopisch kleine Schneealgen leuchten in allen Facetten der roten Farbpalette von Mutter Natur: dunkelorange, pink, rubinrot, blutrot. Der sogenannte Blutschnee oder Wassermelonenschnee.

Hinter diesem Naturschauspiel verbirgt sich ein atemberaubend schönes und überraschend komplexes Ökosystem.

Aber eins nach dem anderen.

    1. Algen
    2. Gefahren
    3. Überlebensstrategie
    4. Ökosystem
    5. Klimawandel
    6. Mysterien
    7. Begeisterung
    8. Tourenvorschlag
    9. Dank
Sanguina-nivaloides
Wie ein Gemälde: Sanguina-nivaloides. Quelle: Thomas Leya (Fraunhofer IZI-BB)

Algen

Seit etwa 200 Jahren kennt man die Verursacher des sogenannten Blutschnees: Algen. Von einer Expedition im Jahr 1818 in die Baffin Bay zwischen Grönland und Kanada unter Kapitän Ross wurden erstmalig Proben des roten Schnees nach England gebracht. Man gab ihnen den Namen Chlamydomonas nivalis – im Schnee lebende Chlamydomonas-Algen.

Doch es dauerte Jahrhunderte, bis die Wissenschaft den Überlebenskünstlern ins Mark schauen konnte, die wirkliche Vielfalt taxonomisch und regional erfasste. Erst 2019 wurde die Alge mit einem neuen wissenschaftlichen Namen – Sanguina nivaloides (Blut & Schnee) – versehen. Den alten Namen trägt nun eine wunderschöne „schlafende“ Dauerform, die noch nicht eindeutig zuordenbar ist.

Diese rot gefärbten einzelligen Grünalgen fühlen sich auf Schneefeldern der ganzen Welt pudelwohl, sobald sich die Temperatur dem Nullpunkt nähert.

Allein von Wasser und Sonne leben: so schön es klingt, so brutal und gefährlich ist ihr Lebensraum.

Gefahren

I) Sobald die Schneeschmelze einsetzt, werden aus einzelnen Wassertropfen rasch reißende Bäche: die Algen könnten hinfort gerissen werden.

II) Liebliche Frühlingssonnenstrahlen bombardieren die Einzeller in dieser stark reflektierenden Umgebung mit extremer Sonnenenergie, so dass Zellschädigungen durch die Übersättigung mit freien Radikalen folgen würden.

III) Zudem verlangsamen photosynthetische Reaktionen ihre Geschwindigkeit mit abnehmender Temperatur. Das heißt, die Aufnahme von Kohlendioxid aus der Luft für den Aufbau von körpereigenen Kohlenstoffverbindungen geht viel langsamer vonstatten als in warmen Regionen.

Wie soll man da existieren?

 

Chlamydomonas nivalis, Hypnozygote
Schmuckstück: Chlamydomonas nivalis, Hypnozygote. Quelle: Thomas Leya (Fraunhofer IZI-BB)

Überlebensstrategie

Die roten Schneealgen sind gewappnet und gepanzert.

Vor der Flut schützt sie möglicherweise ein Biofilm, sogenannte eisbindende Proteine. Sobald diese Substanz abgesondert wird, bindet sie die Zellen am Schneegranulat fest. Innerhalb der Alge verhindert sie durch Herabsetzen des Gefrierpunktes das Wachsen großer Eiskristalle, so zumindest die derzeitige Annahme der Forscher.

Gepanzert sind sie mit einer transparenten, sporopollenin-ähnlichen Hülle in Form von Kragen, Türmchen oder Spitzen. Dieser Schutzmantel macht beispielsweise Pollenkörner widerstandsfähiger.

Die Farbe rot schützt und spendet Energie. Astaxanthin heißt der zu den Carotinoiden gehörende magische Wirkstoff. Von Lachsen, Krebsen und Läusen verzehrt, verleiht er auch ihnen diese kräftige Farbe. Aber eben nicht nur Farbe.

Man geht davon aus, dass dieses rote Pigment die lichtempfindlichen Zellelemente und Reaktionen vor der heftigen Sonneneinstrahlung und damit UV-Belastung schützt: die perfekten Antioxidantien. Wäre ja sonst auch schädlich für die Vermehrung! Das Pigment schützt sogar so sehr, dass es den Wissenschaftlern mit lichtmikroskopischen Untersuchungen bisher nicht gelang, ins Innere der Zelle vorzudringen.

Vielleicht dient der fetthaltige molekulare Farbstoff zudem als Energiespender für die Frühlingssaison, als Entwickler-Boost sozusagen?

Doch alle gleich sind sie bei weitem nicht: die Vielfalt lebt!

So changiert der Style innerhalb der Rotpalette. Die eigentlich grünen Einzeller präferieren Licht von verschiedenen Wellenlängen, ergo zeigen sie unterschiedliche Pigmentierungen. Während Sanguina nivaloides oberhalb der Baumgrenze Schneefelder weltweit tief rot färbt, ziert Sanguina aurantica  mit ihrem leuchtenden Orange lediglich Svalbard.

Es tummeln sich noch weitere Sanguina-, Chlamydomonas-, Chloromonas– und Chlainomonas-Algenarten, die den Schnee rötlich färben. Und das auf flachen und super steilen Hängen; neben Viehweiden, menschlichen Besiedlungsräumen und fernab jeglicher Zivilisation; zwischen Höhen von 13m und 585m über dem Meeresspiegel in den Polarregionen sowie 1914m und 3731m im alpinen Bereich. Chlainomonas sp. bevorzugen beispielsweise ein wassergesättigtes Habitat: Schneematsch auf zugefrorenen Seen. Wahre Anpassungskünstler.

Doch das ist erst der Anfang.

 

Blutschneealgen in Interaktion
A. Bärtierchen mit vollem Magen von Blutschneealgen.
B. Chytridpilze hängen an der Außenwand einer Schneealge.
C. Aus dem “Mutterschiff” schlüpfen Junge einer unbekannten Spezies.
Quelle: Casey Engstrom.

Ökosystem

Der Beginn der Nahrungskette auf Schnee und Eis.

Molekulare und mikroskopische Analysen zeigen ein komplexes Ökosystem. In Britisch Columbia in Kanada ist ein Bärtierchen (Wasserbär) gesichtet worden, das sich den ganzen Bauch mit roten Schneealgen vollgeschlagen hat. Auch eine Reihe von Chytridpilzen machten nicht halt, sondern dockten sich an eine Algenzelle an, um mit ihren Hyphen das Pigment aus der Alge zu saugen.

Genaueres ist leider noch nicht bekannt, aber mit Sicherheit enthalten die eisigen Biome ein ganzes Netz aus Algen, Pilzen, Bakterien, aus Weidetieren wie Rädertieren, Wimpertierchen und Schneeflöhen, aus Archaeen (Urbakterien) und Viren. Wie überall auf der Welt gibt es Parasiten und Symbionten.

Ein lebendiger roter Schneeteppich – auf Zeit. Denn im Sommer ist dieses kurzlebige Ökosystem geschmolzen.

Klimawandel

Ein fragiles System, dessen Rolle auch beim Klimawandel debattiert wird. Dunkle Pigmente – schnellere Schneeschmelze. Ganz ehrlich?

Sind nicht alle biologischen Prozesse interdependent miteinander verbunden und stets im Fluss? Aus wissenschaftlicher Perspektive ist die Wirkung der roten Schneealgen auf den Klimawandel bislang noch nicht umfassend untersucht worden. Doch sowohl Dr. Thomas Leya vom Frauenhofer IBMT als auch Casey Engstrom von Simon Fraser University bezweifeln einen signifikanten Einfluss.

Im Gegenteil. Laut Engstrom wird dieses Mikrobiom einer der ersten Opfer der globalen Erwärmung sein, wobei noch nicht einmal bekannt ist, welche Rolle es zur Aufrechterhaltung der ökologischen Balance in den vergangenen 10.000 Jahre spielte.

Es sind noch so viele Fragen offen!

 

Blutschnee in British Columbia
Schneealgenbildung im kanadischen Glacier Nationalpark

Mysterien

Eines der ungeklärten Geheimnisse ist die Frage, wie die frischen Zellen den Neuschnee zur richtigen Zeit besiedeln. Man weiß, dass nach der Schneeschmelze knetartige Zellklumpen, bestehend aus Schneealgenbiomen (Algen, Pilze, Bakterien), auf den Steinen zurückbleiben. Aber wie überleben sie die sommerliche Hitze und den frostigen Winter? „Schwimmen“ sie durch die dicke Schneeschicht nach oben? Werden Sie vom Wind an die Oberfläche getragen? Überleben sie überhaupt? Bislang wurde weder ein Reservoir identifiziert, noch konnte man sie kultivieren. Das heißt, es gibt viele kultivierte Schneealgenarten, aber keine dieser grünen Spezies gehört in eine Abstammungsgemeinschaft mit den „Blutschneealgen“ – sie bleiben grün.

Man weiß nur, dass sie Jahr für Jahr an der gleichen Stelle wieder auftauchen. So wie auch im Glacier Nationalpark Canada – auch dieses Jahr leuchtet es wieder rot am Perley Rock.

Nächste Frage: Wie schnell vermehren sie sich? Ihre temperierten Verwandten schaffen es auf eine 16-fache Vermehrungsrate pro Tag, also ca. 65.500 Algen nach 4 Tagen aus einer Ursprungsalge. Rasant. Und im Schnee?

Zumindest können Sie riesige Teppiche bilden, die sogar auf Satellitenbildern zu erkennen sind. Respekt. In der weltweit größten Schneealgensammlung CCCryo in Potsdam lagern etwa 400 Stämme der einzigartigen Bio-Ressource aus den Hochgebirgs- und Polarregionen der Erde.

Oh ja. Blutschnee ist besonders. Sogar so außergewöhnlich, dass die blutrote Schneealge Anlass internationaler Konferenzen ist und  2019 von der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG) zur Alge des Jahres gekürt wurde. Die Sektion Phytokologie (Algenkunde) macht damit auf die Bedeutung der Algen aufmerksam, die Kohlendioxid verbrauchen und global zu den wichtigsten Sauerstoff-Lieferanten der Erde zählen! Die Kehrseite in der Frage nach der Rolle beim Klimawandel…

 

Gruppe von Sanguina-nivaloides
Sanguina-nivaloides. Quelle: Thomas Leya (Fraunhofer IZI-BB)

Begeisterung

Die Lust selbst mitzumachen – zu demystifizieren war enorm.

Auch das Forscherteam unter Leitung der Professorin Dr. Lynne Quarmby von der Simon Fraser University in Kanada geht dem Ökosystem der Blutalgen auf den Grund. 2017 wurde von ihnen das Citizen Science Projekt „Watermelon Snow Citizen Science” Snow Algae Report ins Leben gerufen. Dr. Quarmby’s Lab in British Columbia war damit so erfolgreich, dass sie das Projekt kurzerhand wieder einstellen mussten. Ein so großes Datenvolumen konnten sie nicht verarbeiten.

Während die Wissenschaftler weiterhin den Zellen ihre Geheimnisse entlocken, können wir ja die Zauberhaftigkeit, fast schon das Spektakel, der Natur genießen und sie schützen, wo es nur geht!

 

Tourenvorschlag

Prinzipiell dort, wo Schnee liegt – an Eisfeldern, Gletschern oder Pässen.

Prinzipiell dann, wenn der Winter sich verabschiedet – in der beginnenden Wandersaison.

Je nach Höhe, Klimaregion und Wetter: zu sehr unterschiedlichen Zeitpunkten.

Jedes Jahr am Illecillewaet Icefield im Glacier Nationalpark in British Columbia, Kanada. Tour 38 im Wanderführer Kanadische Rocky Mountains (Bergverlag Rother).

Blutschnee im Glacier Nationalpark
Illecillewaet Icefield im Glacier Nationalpark Kanada

Dank

Herzlichen Dank an Dr. Leya, Prof. Dr. Quarmy, Casey Engstrom & Christa Schmidt für Ihre tatkräftige Unterstützung!