In aquatischen Ökosystemen können Nährstoffbelastungen, hauptsächlich verursacht durch die exzessive Nutzung von Dünger in der Landwirtschaft, zu einer Eutrophierung führen. Diese wird als Zunahme an Nährstoffen eines Gewässers definiert, die häufig mit einem vermehrten Pflanzenwachstum einhergeht. In marinen Systemen werden insbesondere Mikroalgen begünstigt und Eutrophierung ist verknüpft mit dem Auftreten und der Persistenz schädlicher Algenblüten („Harmful Algae Blooms – HABs“).

HABs stellen aus mehreren Gründen ein steigendes weltweites ökologisches Problem dar. Von den Algen produzierte Toxine können in der Nahrungskette (z.B. in filterfressenden Mollusken) angereichert werden und bei Wirbeltieren (einschließlich des Menschen) nach Verzehr zu Vergiftungen führen. Außerdem produzieren einige HAB-Arten produzieren dagegen fischgiftige Substanzen (Ichthyotoxine), die zu massivem Fischsterben führen können. Insgesamt verursachen HABs einen großen wirtschaftlichen Schaden in Muschel- und Fischkulturen, für die Tourismusindustrie, aber auch für marine Ökosysteme, in denen der Zusammenbruch von Nahrungsnetzen und Mortalität mariner Fauna induziert werden kann. Innerhalb mariner Mikroalgen sind Arten der Dinophyceen-Gattung Alexandrium als Produzenten diverser Toxine von besonderer Bedeutung. Eine der Arten, A. pseudogonyaulax, ist aus dem Mittelmeer bekannt und wird neuerdings vermehrt und in zunehmender Häufigkeit in nordeuropäischen Gewässern (Norwegische Küsten, Dänischer Limfjord, Deutsche Bucht, Westliche Ostsee) beobachtet. Allerdings sind die Faktoren, die zur Ausbreitung und dauerhaften Etablierung von A. pseudogonyaulax führen, noch weitestgehend unbekannt. A. pseudogonyaulax ist bekannt als Produzent des Phycotoxins Goniodomin (GD), wobei die genauen ökologischen Effekte (z.B. Fischgiftigkeit) dieser Substanzklasse noch weitgehend ungeklärt sind.

Das übergeordnete Ziel dieser Dissertation ist es, Ursachen für die Ausbreitung von A. pseudogonyaulax zu identifizieren und mögliche Folgen auf das Ökosystem und die Nutzung mariner Ressourcen einzuschätzen. Dazu ist das Projekt in vier Arbeitspakete (AP) unterteilt. Im AP1 sollen der Einfluss von Bottom-Up Faktoren, wie Makro- und Mikro-Nährstoffe, Licht und Temperatur, auf A. pseudogonyaulax untersucht werden. Anschließend werden im AP2 als Top-Down Faktoren der Einfluss von Fressfeinden (Protisten, Kopepoden) auf A. pseudogonyaulax untersucht. Diese Einflüsse können durch einfache Messungen von Wachstumsraten quantifiziert werden. Zusätzlich sollen im AP3 der Einfluss der genannten Bottom-Up und Top-Down Faktoren auf die Toxizität von A. pseudogonyaulax quantifiziert werden. Dazu wird analysiert, wie sich die relative Zusammensetzung einzelner Toxinverbindungen (Toxinprofile) und die Toxinmenge unter Exposition der genannten Faktoren verhalten. Zur Bewertung der Toxizität wird der Einfluss von GD und seiner in Wasser gebildeten Hydroxycarbonsäuren auf Fischkiemenzelllinien untersucht.

Die skizzierten Einflüsse werden in Laborexperimenten mit A. pseudogonyaulax Kulturen untersucht und sollen anschließend durch Feldexperimente überprüft werden (AP4), bei denen mit Mikrokosmosexperimenten der Einfluss von Nährstoffen auf das Wachstum der vorhandenen Planktongemeinschaft untersucht wird. Bei den Feldarbeiten werden außerdem räumlich verteilt Daten über relevante marine Kenngrößen erhoben. Die erhobenen Daten werden gemeinsam mit Langzeit-Monitoringdaten von wichtigen Schlüsselstellen nordeuropäischer Gewässer (Helgoland, Limfjord, Heiligendamm), genutzt, um eine statistische Analyse über die zukünftige Ausbreitung und das Gefährdungspotential von A. pseudogonyaulax zu etablieren.