Zwei Doktorandinnen des Exzellenzclusters „Ocean Floor“ waren kürzlich im Westpazifik unterwegs. Auf dem japanischen Forschungsschiff Kaimei untersuchten sie rätselhafte Bestandteile des Meerwassers – und kamen in den Genuss japanischer Badekultur.
Hinter Fenna Alfke und Julia Pamphile dos Santos liegt eine spannende Zeit: Die Doktorandinnen vom Institut für Chemie und Biologie des Meeres der Uni Oldenburg und vom Marum – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften der Uni Bremen waren im August und September mehrere Wochen im Nordwestpazifik unterwegs. An Bord des japanischen Forschungsschiffes Kaimei hatten die Forscherinnen viel zu tun. „Die Tage waren sehr abwechslungsreich“, berichtet Pamphile dos Santos. Arbeiten an Deck und im Labor, das Analysieren von Wasserproben und Bohrkernen, dazwischen Besprechungen und erste Auswertungen der Daten am Computer – zwischen Aufstehen und Zubettgehen blieb den beiden kaum eine Verschnaufpause. „Manchmal mussten wir quasi gleichzeitig an mehreren Orten sein, um Proben von verschiedenen Geräten zu entnehmen“, erzählt die Meeresforscherin von der Uni Bremen.
Pamphile dos Santos und Alfke gehören zu den 15 Promovierenden des gemeinsamen Exzellenzclusters Ocean Floor der Universitäten Bremen und Oldenburg: Julia Pamphile dos Santos ist Mitglied der Arbeitsgruppe Organische Geochemie von Prof. Dr. Kai-Uwe Hinrichs an der Universität Bremen. Fenna Alfke promoviert bei Prof. Dr. Thorsten Dittmar, der an der Uni Oldenburg die Arbeitsgruppe Marine Geochemie leitet. Anfang des Jahres sind beide mit ihren Vorhaben gestartet – und nun mittendrin in der Datenerhebung. An Bord der Kaimei, einem der modernsten japanischen Forschungsschiffe, sammelten die Forscherinnen Wasserproben vor der japanischen Küste, wo der Ozean teils 5.500 Meter tief ist.
Die Überreste des Lebens im Meer – eine vielfältige Mischung
Die Doktorandinnen befassen sich mit einem rätselhaften und oft wenig beachteten Bestandteil des Meerwassers – organischem Material, oder vereinfacht gesagt: Überresten des Lebens im Meer. Pamphile dos Santos untersucht wenige tausendstel Millimeter große Teilchen dieses Materials. Die Partikel sind oft aus unterschiedlichen Bestandteilen zusammengeklumpt, zum Beispiel Hüllen toter Algen, lebendigen oder toten Bakterien oder dem Kot größerer Lebewesen. Als „Meeresschnee“ rieseln die winzigen Teilchen langsam von der Oberfläche zum Meeresgrund. Fenna Alfke hingegen befasst sich mit noch feiner verteilten Substanzen, dem sogenannten gelösten organischen Material. Darunter versteht man etwa Zucker, Proteine und Millionen anderer komplexer Biomoleküle, die von Lebewesen ausgeschieden werden und dann einzeln gelöst im Wasser herumschwimmen.
„Ich habe mich schon immer dafür begeistert, was man in einem einzigen Wassertropfen alles finden kann“, berichtet Julia Pamphile dos Santos. „Diese Perspektive hilft zu erkennen, wie wichtig jeder scheinbar noch so winzige Prozess dafür ist, das Gleichgewicht auf der Welt aufrechtzuerhalten.“
Tatsächlich spielt das organische Material im Meer eine bedeutende Rolle im Klimasystem: „Es ist ein wichtiger Bestandteil der sogenannten biologischen Kohlenstoffpumpe“, erklärt Alfke. Damit bezeichnen Fachleute den Mechanismus, durch den Kohlenstoff von der Oberfläche des Ozeans in die Tiefsee gelangt. So nehmen etwa Algen in den obersten Wasserschichten Kohlendioxid aus der Atmosphäre auf und wandeln es in organische Moleküle um. Durch das Leben und Sterben der Algen selbst, aber auch durch die Aktivität von Mikroben und Tieren entstehen schließlich sowohl das gelöste Material als auch die organischen Partikel, die absinken oder durch Strömungen in die Tiefsee gelangen. Oft bleibt der darin gebundene Kohlenstoff über Jahrtausende im Meer. „Gelöstes organisches Material in der Tiefsee ist einer der größten Kohlenstoffspeicher der Erde und spielt damit eine enorm wichtige Rolle für das Klima“, erklärt Alfke.
Sie und Pamphile dos Santos geht es vor allem um die Zersetzung des Materials – denn davon hängt es ab, wie lange der Kohlenstoff im Meer gespeichert bleibt. „Warum werden die gelösten Moleküle nicht von Mikroorganismen abgebaut, wo es doch so viele spezialisierte Lebensformen in der Tiefsee gibt?“, fragt sich Alfke. Sie kombiniert verschiedene analytische Methoden, um beispielsweise herauszufinden, wie sich die Abbauprozesse im Wasser von jenen im Meeresboden unterscheiden. Pamphile dos Santos untersucht, welche Vorgänge innerhalb der Partikel eine Rolle spielen.
Großes Netzwerk im Exzellenzcluster
Obwohl die beiden an unterschiedlichen Universitäten promovieren, arbeiten sie eng zusammen – dank des Exzellenzclusters „Ocean Floor“. „Im Cluster haben 15 Promovierende nahezu gleichzeitig mit ihren Doktorarbeiten angefangen. Dadurch haben wir ein großes Netzwerk, um uns gegenseitig zu unterstützen und auszutauschen“, erzählt Alfke. An Bord waren sie, Pamphile dos Santos, Thorsten Dittmar und der Techniker Lukas Dirksen vom Marum schnell ein eingespieltes Team. „Wir hatten eine wirklich gute Dynamik“, sagt Pamphile dos Santos. „Wir haben als Einheit zusammengearbeitet und gemeinsam viel Einsatz gezeigt, damit alle erfolgreich sind.“
Auch sonst sind beide von ihrer Promotion angetan. „Der Exzellenzcluster ist ein einzigartiges Umfeld. Ich kann mit Forschenden aus aller Welt zusammenarbeiten und meinen Horizont erweitern“, erklärt Pamphile dos Santos. Alfke schätzt neben der ausgezeichneten fachlichen Betreuung zudem die Möglichkeit, sehr interdisziplinär zu arbeiten. „Durch die Zusammenarbeit verschiedenster Forschungseinrichtungen steht uns Promovierenden eine super Infrastruktur zur Verfügung.“
Die besonderen Möglichkeiten konnte die Oldenburger Doktorandin gleich im Anschluss an die Expedition nutzen: Gemeinsam mit Thorsten Dittmar bearbeitete sie die auf der Kaimei gewonnenen Proben in einem Labor der Japan Agency for Marine Earth Science and Technology (JAMSTEC) in der Nähe von Tokio.
Die arbeitsreichen Tage an Bord haben die beiden Doktorandinnen gut überstanden – unter anderem dank der japanischen Badekultur. „Auf dem Schiff gab es sogenannte Ofuro, traditionelle japanische Badewannen, die ausschließlich der Entspannung in sehr warmem Wasser dienen“, berichtet Fenna Alfke. „So war auch an Tagen, an denen wir abends kaputt waren, bestens für unser Wohlergehen gesorgt.“