Die erste Hochdurchsatz-Sequenzierung des Bakterioplanktons gibt Einblick in die bakterielle und cyanobakterielle Vielfalt im hochgelegenen See Sewan, Armenien

Eine verborgene Welt in einem Bergsee

Hoch auf dem armenischen Hochplateau ist der See Sewan ein großer, kalter Süßwassersee, der Trinkwasser, Fischbestand, Erholungsmöglichkeiten und kulturellen Wert liefert. Auf den ersten Blick wirkt seine blaue Oberfläche unberührt, doch unter der Wasseroberfläche lebt eine unsichtbare Gemeinschaft von Mikroben, die still das Nahrungsnetz antreibt und bei der Nährstoffrückgewinnung hilft. Diese Studie liefert das erste detaillierte, ganzjährige genetische Porträt dieser mikroskopischen Bewohner—Bakterien und Cyanobakterien—und zeigt, wie sich ihre Gemeinschaft mit den Jahreszeiten verändert, mit wichtigen Auswirkungen auf die Wasserqualität und das Risiko schädlicher Algenblüten.

Blick auf ein alpines Riesenreservoir

Der See Sewan ist ungewöhnlich groß und hoch: fast 1900 Meter über dem Meeresspiegel, aufgeteilt in ein flaches „Groß‑Sewan“-Becken und ein tieferes „Klein‑Sewan“. Obwohl Algen und Zooplankton dort seit fast einem Jahrhundert untersucht werden, blieben die Bakterien in den offenen Gewässern weitgehend unbekannt. 2018 entnahmen die Forschenden saisonale Proben aus mehreren Tiefen in beiden Becken—im Frühling, Sommer, Herbst und frühen Winter. Sie filterten die Mikroben heraus, isolierten deren DNA und nutzten Hochdurchsatz‑Sequenzierung eines Markergens, um Tausende unterschiedlicher bakterieller Typen zu identifizieren, von häufigen Süßwasservorkommen bis zu seltenen Spezialisten.

Eine überraschend reiche und ausgeglichene mikrobielle Gemeinschaft

Das Team fand, dass die mikrobielle Gemeinschaft des Sewan sowohl vielfältig als auch gut ausbalanciert ist. Die meisten Bakterien gehören zu einigen großen Gruppen, die für saubere Süßwasserseen weltweit typisch sind. Dazu zählen Organismen, die sich von einfachen organischen Molekülen ernähren, andere, die komplexes Pflanzen‑ und Algenmaterial abbauen, und wieder andere, die auf besondere Weise Licht nutzen, um ihre Energie zu ergänzen. Statistische Diversitätsmaße zeigten, dass in den meisten Jahreszeiten keine einzelne Gruppe dominiert; stattdessen teilen viele verschiedene Mikroben den Lebensraum, mit ähnlichen Mustern in beiden Becken und über die Tiefen hinweg. Im Vergleich zu anderen mit ähnlichen Methoden untersuchten Seen ist die Diversität im Sewan höher als im Baikalsee und in antarktischen Gewässern, vergleichbar mit anderen hochalpinen Seen und etwas geringer als in kleinen tropischen Seen.

Sommerblüten und winzige Winterhelfer

Eines der auffälligsten saisonalen Muster betraf die Cyanobakterien—die photosynthetischen Mikroben, die oft als Blaualgen bezeichnet werden. Die Forschenden identifizierten zwei Hauptlebensweisen. Einen Großteil des Jahres wird die cyanobakterielle Gemeinschaft von winzigen, frei schwebenden Zellen (Picocyanobakterien) dominiert, die mit Synechococcus und Cyanobium verwandt sind. Diese kleinen Formen gedeihen in relativ klaren, nährstoffarmen Bedingungen und tragen still zur Primärproduktion des Sees bei. In heißen Sommermonaten dagegen treten große fädige Cyanobakterien aus der Dolichospermum–Anabaena–Aphanizomenon‑Gruppe auf und bilden Blüten, besonders im flacheren Becken. Diese Fäden können Toxine produzieren und andere Organismen beschatten. Während solcher Blüten sinkt die gesamte mikrobielle Artenvielfalt und viele der winzigen Cyanobakterien ziehen sich vorübergehend zurück, um im Herbst und Winter wieder zuzunehmen, wenn die Bedingungen kühler und stabiler werden.

Mikrobielle Arbeitskräfte und unerwünschte Gäste

Die genetischen Daten zeigen außerdem, wie verschiedene Bakteriengruppen das interne „Recyclingwerk“ des Sees betreiben. Mitglieder einer großen Gruppe bauen gelösten organischen Kohlenstoff aus Algen und Pflanzen ab; andere sind spezialisiert auf den Abbau widerstandsfähiger Polysaccharide und Chitin aus den Überresten von Zooplankton; wieder andere beteiligen sich an Stickstoff‑ und Schwefelumwandlungen, einschließlich Prozessen, die mit Eutrophierung und der Bildung einer schwefelreichen Tiefenschicht verbunden sind. Viele dieser Bakterien sind Ultramikroben, fein abgestimmt auf nährstoffarme Bedingungen, und können sogar Licht zur Stoffwechselsteigerung nutzen. Neben dieser nützlichen Arbeitskraft entdeckten die Forschenden auch Mikroben, die mit Krankheiten in Verbindung stehen: Bakterien, die Fische infizieren können, opportunistische menschliche Krankheitserreger und intrazelluläre Parasiten, die in Protozoen leben. Ihre Präsenz weist auf anhaltenden menschlichen Einfluss hin, etwa durch Abfluss von Erholungsgebieten und umliegenden Siedlungen.

Ein See, viele Jahreszeiten, gemeinsames Schicksal

Durch die Kombination genetischer Bestandsaufnahmen mit ökologischer Analyse zeigt die Studie, dass der See Sewan ein charakteristisches „Süßwasser‑Typ“‑Mikrobiom beherbergt, das zwischen den beiden Becken und von der Oberfläche bis in die Tiefe weitgehend ähnlich bleibt. Am stärksten verändert sich die Zeit: Der Monat des Jahres erklärt mehr als die Hälfte der Variation in der Gemeinschaftsstruktur. Im Wesentlichen verhält sich der See als ein einzelnes, integriertes System, dessen Mikroben durch ausgeprägte saisonale Zustände zyklieren—vom Frühjahrswachstum über die Sommerblüte und Stressphasen bis zur Herbstanpassung und schließlich zu einer vielfältigen, kältezeitlichen Gemeinschaft, reich an winzigen Cyanobakterien und spezialisierten Bakterien. Für Nicht‑Spezialisten lautet die Kernbotschaft, dass die Gesundheit dieses ikonischen Bergsees nicht nur von sichtbaren Algen und Fischen abhängt, sondern auch von einer komplexen, saisonal wechselnden mikroskopischen Welt. Das Verständnis dieser verborgenen Gemeinschaft kann den Verantwortlichen helfen, schädliche Blüten vorauszusehen, Verschmutzung zu verfolgen und den empfindlichen hochgelegenen Lebensraum des Sees Sewan besser zu schützen.

Zitation: Gevorgyan, G., Khachikyan, T., Mamyan, A. et al. The first high-throughput sequencing of bacterioplankton sheds light on bacterial and cyanobacterial diversity in high-altitude Lake Sevan, Armenia. Sci Rep 16, 12480 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42528-6

Schlüsselwörter: See Sewan, Süßwassermikrobiom, cyanobakterielle Blüten, Bakterioplankton‑Diversität, Eutrophierung