Prymnesium parvum ist eine Art (Spezies) von einzelligen Mikroalgen (etwa 10 μm lang und 3 bis 4 μm breit) aus dem Taxon der Haptophyta, dessen Mitglieder meist in mariner und eher tropischer Umgebung leben.
P. parvum ist biflagellat (doppelt begeißelt), was es der Alge ermöglicht, sich zu bewegen. Man findet sie daher auch in der Regel schwebend in der Wassersäule, am häufigsten in Ästuar- oder Meeresgewässern. Sie kann aber auch in Binnengewässern vorkommen, die einen relativ hohen Mineralgehalt aufweisen. Die Typlokalität ist ein Brackwasserteich auf der Isle of Wight, England.Prymnesium parvum Blooms in Florida (2005-present), Florida Fish and Wildlife Conservation Commission ().
P. parvum kommt heute kosmopolitisch (weltweit) vor, unter anderem in der Ostsee, Europa, China, Australien, den USA und Marokko. P. parvum kann schädliche Algenblüten (, HABs) in Binnen- und Küstengewässern hervorrufen, die zu verheerenden Fischsterben mit ökologischen sowie wirtschaftlichen Schäden führen.
Wegen der Pigmente, die ihr einen goldgelben Schimmer verleihen, wird P. parvum manchmal „Goldalge“ (englisch ) genannt. Die Bezeichnung Goldalgen ist jedoch ein nicht-taxonomischer Begriff, unter dem verschiedene Gruppen der Stramenopilen aufgrund ihrer Farbe subsumiert werden, darunter die Goldbraunen Algen (Chrysophyceae), die Goldgrünen Algen (Bacillariophyta) oder die Kieselalgen (Bacillariophyta). Als Haptophyten besitzen die Mitglieder der Gattung Prymnesium neben den Geißeln ein weiteres Anhängsel (Haptonema), das bei diesen drei Goldalgen-Gruppen nicht vorkommt.
Beschreibung
P. parvum ist nur ca. 10 μm groß und kann vermutlich vier morphologisch unterschiedliche Formen annehmen. Zwei dieser Stadien sind biflagellate (doppelt begeißelte) haploide Zelltypen. Ein weiteres mögliches Stadium ist ein biflagellater diploider Zelltyp. Neben diesen motilen (beweglichen) Formen gibt es eine unbewegliche Form ohne Geißeln, was ein Ruhestadium sein könnte. Die begeißelten Formen haben außer den beiden Geißeln eine Haptonema, d. h. eine spezielle äußere nadelartige Struktur, die das Anhaften an Oberflächen ermöglicht. Es werden zwei Unterarten unterschieden: Die holotypische Form P. parvum f. parvum kann entweder haploid oder diploid sein. Die andere Form P. parvum f. patelliferum kommt offenbar nur in haploiden Stadien vor. Die Haptonema scheint bei dieser Unterart nicht beim Einfangen von Partikeln oder der Phagozytose zu helfen (so wie es bei anderen Haptophyta beobachtet wurde).
Die Zellen von P. parvum haben zwei sattelförmige Chloroplasten, die in der Regel gelbgrün bis olivgrün gefärbt sind. Die Geißeln sind zwischen 12 und 15 μm lang, die flexible, nicht gewundene Haptonema zwischen 3 und 5 μm.
Jede Zelle hat zwei Schichten von Körperschuppen unterschiedlichen Typs, die Schuppen der äußeren Schicht haben schmale, gebogene Ränder, die der inneren Schicht breite, stark gebogene Ränder. mini|hochkant=1.5|EM-Aufnahmen von P. parvum f. patelliferum.a) Querschnitt mit Geißeln (f1,f2), Haptonema (h), Chloroplast (c), mit Schuppen (sc) bedeckte Oberfläche der Zelle.b) Längsschnitt mit Chloroplasten (c), Endoplasmatisches Retikulum (ER) der (komplexen) Chloroplasten,Sarah P. Gibbs: The Chloroplast Endoplasmic Reticulum: Structure, Function, and Evolutionary Significance. In: International Review of Cytology, Band 72, 1981, S. 49–99, , ISBN 978-0-12-364472-5; doi:10.1016/S0074-7696(08)61194-8 (). (cer), Zelleinstülpung (Invagination, engl. – vf), periplastidiales ERSven B. Gould, Ross F. Waller, Geoffrey I. McFadden: Plastid Evolution. In: Annual Review of Plant Biology, Band 59, Juni 2008, S. 491–517; doi:10.1146/annurev.arplant.59.032607.092915 (). (per), Zellkern (n), Nukleolus (nu), nukleäres ER (ner), Mitochondrien (m), Pyrenoide (p), Golgi-Apparat (g), Mucozyste (Schleimkörper, engl. – mb), kontraktile Vakuole (pv), Schuppen (sc).c) r: radiale(r) und konzentrische (c) Schuppen. mini|hochkant=1.5|EM-Aufnahmen von P. parvum f. patelliferum.a) Schuppenbildung (sc) im Golgi-Apparat (g), Endoplasmatisches Retikulum (ER – er).b) Golgi-Apparat (g) knapp unterhalb der Geißelwurzel (en. – fr), Mitochondrium (m), Zellkern (n), Mucozyste (Schleimkörper, engl. – mb), Zytoplasma umgeben von einer schmalen peripheren Zisterne des (periplastidialen) Endoplasmatischen Retikulums (per).c) Transversalschnitt mit peripherer Zisterne des ER (per), Zellkern (n), Nukleolus (nu), Mitochondrium (m), Lipidkügelchen (l), Schleimkörper (mb) und Schuppen (sc).d) Querschnitt, der zeigt, dass das ER des (komplexen) Chloroplasten (cer) kontinuierlich übergeht in das ER des Kerns. Chloroplast (c), Golgi-Apparat (g), Geißeln (f), Pyrenoide (p), Zellkern (n), kontraktile Vakuole (pv), Schleimkörper (mb) und Schuppen (sc).
Lebensweise P. parvum lebt weder rein autotroph (etwa von der Photosynthese) noch rein heterotroph (räuberisch).
Mit seinem Chloroplasten kann P. parvum im Prinzip Photosynthese (Photoassimilation) betreiben. Bei Nährstoffmangel (insbesondere bei Phosphatmangel) oder im Schwarm kann P. parvum andere Organismen „fressen“ (Phagozytose). Der Stoffwechsel dieses Mikroorganismus wechselt unter diesen Umständen in den heterotrophen Modus, und der Mikroorganismus wird zum „Räuber“, indem er Beute oder tote Zellen phagozytiert. Dies ermöglicht der Mikroalge ein Leben im Dunkeln, etwa durch Abweiden von bakteriellen Biofilmen. Möglicherweise befriedigt P. parvum dann seinen Bedarf an Phosphaten durch den Verzehr von Bakterien.Zhenfeng Liu, Adriane C. Jones, Victoria Campbell, K. David Hambright, Karla B. Heidelberg, David A. Caron: Gene expression in the mixotrophic prymnesiophyte, Prymnesium parvum, responds to prey availability. In: Front. Microbiol., 20. April 2015; doi:10.3389/fmicb.2015.00319 ().Kevin J. Carpenter, Maitrayee Bose, Lubos Polerecky, Alle A. Y. Lie, Karla B. Heidelberg, David A. Caron: Single-Cell View of Carbon and Nitrogen Acquisition in the Mixotrophic Alga Prymnesium parvum (Haptophyta) Inferred From Stable Isotope Tracers and NanoSIMS. In: Front. Mar. Sci., 11. Mai 2018; doi:10.3389/fmars.2018.00157 ().
P. parvum kann eine breite Palette von Stickstoffquellen nutzen, einschließlich Ammonium, Nitrat, Aminosäuren (mit einer gewissen pH-Abhängigkeit), Kreatin, ist aber nicht in der Lage, Harnstoff zu nutzen.
P. parvum produziert Dimethylsulfoniopropionat (DMSP) und andere Polyole, deren Funktionen noch unbekannt sind, die aber mit Anpassungen (Osmoregulation) an ungewöhnlich salzhaltige oder mineralisierte Umgebungen verbunden sein könnten.D. M. J. Dickson, G. O. Kirst: Osmotic Adjustment in Marine Eukaryotic Algae: The Role of Inorganic Ions, Quaternary Ammonium, Tertiary Sulphonium and Carbohydrate Solutes. In: New Phytol. Band 106, 1987, S. 657–666; doi:10.1111/j.1469-8137.1987.tb00166.x ().Sean Watson: Literature Review of the Microalga Prymnesium parvum and its Associated Toxicity, Texas Parks and Wildlife Department (TPWD), August 2001
Unter bestimmten Konkurrenzbedingungen reduziert P. parvum seine Aktivität und geht in ein Ruhestadium („Zyste“, englisch ) über (im modernen Sprachgebrauch bezeichnet bei Mikroorganismen der Begriff Zyste eine Dauerform ohne Stoffwechsel, insbesondere auch ohne Photosynthese; andernfalls liegt lediglich ein unbegeißeltes, nicht-motiles Stadium vor – was im früheren Sprachgebrauch nicht unterschieden wurde). In der neueren Literatur ist beispielsweise die Rede von „stationären Wachstums-/Todphasen“ (englisch ). Auf die produzierten Toxine (Prymnesine) wird weiter unten noch gesondert eingegangen.
Vorkommen und Algenblüten P. parvum wächst in einem Salzgehalt (Salinität) im Bereich von 0,5–30 psu () mit einem Optimum bei 15 psu. Allerdings scheinen Stämme, die an verschiedenen Orten gesammelt wurden, unterschiedliche Salzgehaltstoleranzen zu haben. Ein Stamm namens LB 2797 (isoliert aus dem Colorado River in Texas) zeigt ein biphasisches Wachstumsmuster, d. h., die maximalen Zelldichten nahmen mit steigendem Salzgehalt von 5 bis 15 psu zu, nahmen aber bei höheren Werten in der Laborkultur wieder ab.
Während Blüten von P. parvum in der östlichen Hemisphäre bereits seit den frühen 1900er Jahren dokumentiert sind, hat sich die Art seitdem weit verbreitet. Es wurden Blüten überall im Süden der USA sowie in einigen nördlichen Regionen beobachtet.
Diese in Flussmündungen sehr häufige Art lebt normalerweise nur im Brackwasser, wird aber zunehmend auch im Süßwasser gefunden, darunter in den Vereinigten Staaten (z. B. in Texas seit 1985),Robert G. Howells, Joan Glass et al.: Golden Alga (Prymnesium parvum) und Golden Alga Management and Research, Texas Parks and Wildlife Department (TPWD), Harmful Algal Blooms (). im Lunzer See (Niederösterreich 2016) und in der Oder und angrenzenden Gewässern (Deutschland und Polen 2022/2024, s. u.). Dies gilt als besorgniserregend, insbesondere bei Fischern, die in bestimmten Seen und Flüssen bereits Fischsterben beobachtet haben.Eugenio Melotti: Alghe imbroglione, Aula di scienze, 8. Februar 2013 () Sie kommt in der Natur in hellen, offenen Umgebungen vor, aber im Labor kann ihr Wachstum durch zu viel Licht gehemmt werden (Photoinhibition)K. Reich, I. Parnas: Effect of Illumination on Ichthyotoxin in an Axenic Culture of Prymnesium parvum Carter, in: Journal of Protozoology, Band 9, Nr. 1, Februar 1962, S. 38–40; doi:10.1111/j.1550-7408.1962.tb02577.x ().
Algenblüten treten in der Regel vom Spätwinter bis zum Sommer auf. Sie führen dazu, dass sich das Wasser grün bis gelblich verfärbt und sich Schaum bildet, wenn das Wasser aufgewühlt wird (an Wehren, Dämmen, Ufern). Die Algenblüten bilden sich besonders leicht im Brackwasserbereich, so dass die von P. parvum gebildeten Toxine dort leichter kritische Konzentrationen erreichen können.
Im letzten Jahrhundert haben zunehmend saisonale Fischsterben in Verbindung mit den toxischen Algenblüten von P. parvum weltweit Aquakulturen und einheimische Fisch-, Schalentier- und Molluskenpopulationen zerstört. Langanhaltende Blüten von P. parvum können zu großen Störungen der lokalen Ökologie und hohen finanziellen Verlusten führen.
Fischsterben in Florida in den 2000er Jahren In Florida wurde in den 2000er Jahren auch beobachtet, dass Fische durch Blüten dieser Alge in Hinterhof- und Golfplatzteichen, oft in Küstenregionen, getötet wurden.
Fischsterben in Texas im März 2007 Auch in Texas kam es im März 2007 zu einem durch P. parvum ausgelösten Fischsterben im Lake Granbury, einem Stausee des Brazos River bei Granbury (Nordtexas). Der See war wiederholt von toxischen Algenblüten betroffen.
Fischsterben in der Oder im August 2022
Als wahrscheinlichste Ursache für das Fischsterben in der Oder im August 2022 gilt eine (nachweisliche) massive Vermehrung der Brackwasseralge („Goldalge“) P. parvum nach einem sprunghaften Anstieg des Salzgehaltes in Verbindung mit dem sommerlichen Temperaturanstieg. Der Verursacher der hohen Salzeinleitungen konnte nicht ausgemacht werden, wird aber in Polen vermutet.Tina Baier, Patrick Pleul: Umweltkatastrophe: Hat eine giftige Algenart die Fische in der Oder getötet? Auf: Süddeutsche Zeitung vom 18. August 2022.Kai Küstner, Kerstin Palzer: Experten zur Oder-Katastrophe: Hoher Salzgehalt ursächlich für Fischsterben. Auf: tagesschau.de, Stand: 30.09.2022, 11:58.Katharina Menne: Ökologie: Polnische Behörden haben giftige Alge im Oderwasser gefunden. Auf: spektrum.de vom 18. August 2022.Johannes Graupner: Verdacht erhärtet sich: Algengift einer Brackwasser-Art in Oderwasser nachgewiesen - natürliche Ursachen unwahrscheinlich. Pressemitteilung, Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei, 19. August 2022.
Auftreten in der Oder und im Gleiwitzer Kanal ab Mai 2024