Artenreiche Phytoplankton-Gemeinschaften widerstehen der toxischen Wirkung von Kupferoxid-Nanopartikeln deutlich besser als Monokulturen. Ein Laborexperiment zeigt, dass der positive Biodiversitätseffekt auf die Biomasseproduktion mit steigender Nanopartikel-Konzentration zunimmt – primär getrieben durch häufigere facilitative Wechselwirkungen zwischen Arten. Die Ergebnisse, veröffentlicht in Ecology Letters, unterstreichen die Pufferfunktion von Biodiversität gegenüber neuartigen anthropogenen Stressoren und erweitern das Verständnis der Biodiversitäts-Ökosystemfunktions-Beziehung (BEF) unter chemischer Belastung.
Nanopartikel gelangen zunehmend in aquatische Systeme und beeinträchtigen Phytoplankton – die Basis der Nahrungsnetze – durch Ionenaustritt, Zellaufnahme und reaktive Sauerstoffspezies (ROS). Während traditionelle Stressfaktoren wie Klimawandel oder Nährstoffeintrag intensiv im Kontext von BEF untersucht wurden, fehlten bisher experimentelle Daten zu Nanomaterialien. Forscher der Georgia Institute of Technology assemblerten Phytoplankton-Gemeinschaften aus acht Grünalgenarten mit unterschiedlicher Artenzahl (1, 2, 4 oder 8 Arten) und exponierten diese drei Kupferoxid-Nanopartikel-Konzentrationen (0, 4 und 16 mg/L).
Über acht Wochen hinweg erfassten Flowzytometrie und maschinelles Lernen Biomasse und Artzusammensetzung. In Monokulturen hemmten Nanopartikel die Biomasseproduktion stark; diverse Gemeinschaften hielten ihr Produktivitätsniveau jedoch weitgehend stabil. Der Netto-Biodiversitätseffekt (NE) verstärkte sich signifikant mit steigender Belastung. Die additive Partitionierung nach Loreau und Hector (2001) zeigte, dass dieser Puffereffekt hauptsächlich auf einem positiven Komplementaritätseffekt (CE) beruhte – insbesondere durch vermehrte facilitative Interaktionen. Der Selektionseffekt (SE) spielte eine untergeordnete Rolle.
Die Stress-Gradient-Hypothese wird bestätigt: Unter zunehmendem Stress gewinnen kooperative Arteninteraktionen an Bedeutung. Spektrale Nischendifferenzierung oder negative Effekte durch Schattierung der Partikel traten nicht ein; stattdessen dominierten positive Wechselwirkungen. Sensible Arten profitierten in Mischkulturen von toleranteren Nachbarn, ohne dass empfindliche Taxa den Gesamteffekt ins Negative zogen.
Die Studie widerlegt sowohl die Nullhypothese (proportionale Schädigung unabhängig von Diversität) als auch eine Amplifikationshypothese (stärkere Schädigung in diversen Systemen). Stattdessen untermauert sie die Pufferhypothese: Hohe Biodiversität mindert die ökologischen Folgen neuartiger Schadstoffe. Angesichts der rasant wachsenden Nanopartikel-Emissionen unterstreichen die Ergebnisse die Notwendigkeit, Biodiversität als natürlichen Schutzmechanismus in Gewässermanagement und Risikobewertung einzubeziehen.
Quellen (funktionierende Links):
- Originalpublikation (Open Access):
Biodiversity Buffers Phytoplankton Biomass Production Against Nanoparticle Pollution Through Increased Facilitation – Ecology Letters, Volume 28, Issue 11, Artikel e70253, 09. November 2025
(DOI: 10.1111/ele.70253) - Wiley Online Library – Volltext:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1111/ele.70253 - Förderung:
US National Science Foundation (CBET-1833988, DEB-1856318, DEB-2520925) und College of Sciences, Georgia Tech
