Unter Biofilm wird nicht nur in der Aquaristik eine schleimige Schicht verstanden, in der sich Bakterien, Algen, Protozoen (also Amöben, Geißeltierchen und Wimpertierchen) und Pilze angesiedelt haben.
1 Wo entstehen Biofilme?
Die Mikroorganismen siedeln an sogenannten „Grenzflächen“ zwischen einem flüssigen und einem festen oder einem flüssigen und einem gasförmigen Medium. Im Aquarium sind das die Pflanzen, Einrichtungsgegenstände wie Steine oder Wurzeln, Laub, der Bodengrund und die Wasseroberfläche. Diesen Biofilm auf den festen Oberflächen nennt man in der Aquarienpraxis auch „Aufwuchs“, an der Wasseroberfläche „Kahmhaut“.
Im Aquarium sind unter 1% der Bakterien im Freiwasser vorhanden, der Rest sitzt gebunden in den Biofilmen. Dabei haben die Biofilme keine einheitliche Zusammensetzung - sie kann je nach den Bedingungen im Aquarium ganz unterschiedlich sein. Die Zusammensetzung der Mikroorganismen im Biofilm richtet sich immer nach den Überlebensstrategien der beteiligten Akteure.
Es kann dadurch auch zu einer Ansammlung von schädlichen Bakterien in den Biofilmen kommen. Dieses Phänomen wird insbesondere durch Nährstoffungleichgewichte gefördert. Aus diesem Grund ist es wichtig, dass die "guten" Bakterien eine entsprechende Unterstützung bekommen, sodass sie die Schadorgansimen in Schach halten können. Das geschieht zum Beispiel durch die gezielte Zufuhr von Spurenelementen und durch die Zugabe von Bakterienkulturen für die Aquaristik wie beispielsweise Bacter AE.
Manche Fische, vor allem aber Zwerggarnelen und Schnecken weiden diese Biofilme im Aquarium gerne ab, sie dienen ihnen als exzellente Nahrungsgrundlage. Auch in der Natur ernähren sich Garnelen überwiegend von Biofilmen.
2 Zusammensetzung
Neben den Mikroorganismen selbst besteht der Biofilm aus Biopolymeren aus Mehrfachzuckern, Eiweißen und Fetten, die von den Bakterien im Biofilm gebildet werden. In dieser Matrix bilden sich mikroskopisch kleine dreidimensionale Kanäle, über die die immobil im Biofilm sitzenden Mikroorganismen mit Nährstoffen versorgt werden. Auch eine gewisse Kommunikation über Signalstoffe findet über diese Kanälchen statt.
Im Biofilm eingelagert werden Stoffwechselprodukte der Mikroorganismen: Kohlenhydrate, darunter auch verschiedene Zuckerstoffe, und Salze. An der Oberfläche des Biofilms heften sich Mineralien und andere im Wasser gelöste Verbindungen und Schwebstoffe an, die dann von den Mikroorganismen verwertet werden.
Viele der Bakterien, die den Biofilm besiedeln, sind äußerst wichtig für die Stabilität des Aquariums, denn nicht nur im Filter werden organische Abfallstoffe abgebaut. Nitrifizierende Bakterien bewohnen ebenfalls den Biofilm und bilden dort eine Lebensgemeinschaft mit zahlreichen anderen nützlichen Mikroben. Diese Bakteriengemeinschaft bildet eine starke Konkurrenz zu schädlichen Keimen und hält sie so von einer übermäßigen Vermehrung ab, was den Tieren und Pflanzen im Aquarium definitiv zugute kommt.
3 Aufwuchs
Besonders gut erkennen kann man den Biofilm in neuen Aquarien: Fährt man mit dem Finger innen an der Glasscheibe entlang, kann man eine glitschig schleimige Schicht fühlen. Diese Schicht ist auch als Aufwuchs bekannt. Sie dient vielen Aquarientieren als Nahrung.
3.1 Bakterienbelag auf Wurzeln
Auch an Aquarienwurzeln siedeln anfangs gerne Bakterien. Durch die im Holz noch vorhandenen Nährstoffe entwickeln sie sich prächtig. Dieser spezifische Biofilm wird als „Abwasserpilz“ bezeichnet, da er einem Schimmelbefall ähnelt. Dieser oft auch Bakterienrasen genannte Belag ist aber kein Pilz, sondern besteht vermehrt, aber nicht ausschließlich aus Bakterien aus der Gattung Sphaerotilus. Diese spezifische Ansammlung von Bakterien auf Wurzelholz verschwindet wieder von alleine, wenn die Nährstoffe im Holz verbraucht sind.
4 Kahmhaut
Auch an der Wasseroberfläche bilden sich Biofilme. Sie kommen als ölige, grünliche oder weißlich bis silbrige sehr dünne Schicht daher. Fährt man mit dem Finger durch, zerreißt sie oft und es bilden sich unregelmäßige Flecken. Was genau die Kahmhaut ist und wie man sie wieder loswird, erfahrt ihr im separaten Artikel.
5 Bakterienblüte
Biofilme können sich an allen Oberflächen im Aquarium bilden, sobald ausreichend Nährstoffe vorhanden sind. Einige der in Biofilmen organisierten Mikroorganismen können sogar unter sehr extremen Bedingungen überleben. Bei Nährstoffknappheit im Biofilm oder wenn im Freiwasser bessere Bedingungen vorherrschen sind Bakterien in der Lage Geißeln auszubilden und auszuschwärmen. Dieses Ausschwärmen ist somit ein natürlicher Bestandteil des Lebenszyklus von Biofilmen.
Wenn besonders viele Bakterien ausschwärmen und sich dann stark vermehren, wird das Wasser milchig trüb. In der Aquaristik nennt man dieses Phänomen "Bakterienblüte". Es lässt sich oft bei Nährstoffungleichgewichten beobachten (also wenn sich viele Nährstoffe im Freiwasser befinden). Diese Ungleichgewichte kommen meist in der Einfahrphase vor, weshalb eine Bakterienblüte meist zu diesem Zeitpunkt auftritt - man nennt dieses Phänomen auch liebevoll "Nebel des Grauens".
6 Fouling
Unerwünschte mikrobielle Beläge auf Oberflächen nennt man Fouling. In der Aquaristik ist dieses Phänomen zum Beispiel bei hochadsorptiven Filtermaterialien wie Zeolith und Aktivkohle bekannt. Hier können Biofilme die feinen Poren so verkleben, dass die Funktion der Schadstoffbindung nicht mehr gegeben ist. Abhilfe schafft man, indem man einen Filter mit Aktivkohle oder Zeolith zum Beispiel täglich einmal durchschüttelt. Die Biofilme werden dadurch von den Körnchen weggerieben und verstopfen so die Poren nicht.
Autor(en)
Ricardo Castellanos, Ulli Bauer
Fotos: Ricardo Castellanos, Video: Ricardo Castellanos