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Family tree of fish yields surprises

Family tree of fish yields surprises

The mighty tuna is more closely related to the dainty seahorse than to a marlin or sailfish. That is one of the surprises from the first comprehensive family tree, or phylogeny, of the „spiny-rayed fish,“ a group that includes about a third of all living vertebrate species. The work is published July 15 in the journal Proceedings of the National Academy of Sciences.

The spiny-rayed fish are an incredibly diverse group, including tuna and billfish, tiny gobies and seahorses, and oddities such as pufferfish and anglerfish. The fish occupy every aquatic environment from coral reefs and open oceans to lakes and ponds. It includes all the major commercially fished species — all of which are threatened. But until now, no one has had any idea exactly how more than 18,000 species in 650 families are related to each other, said Peter Wainwright, professor and chair of evolution and ecology at the University of California, Davis and senior author on the paper.

„There has been a ‘bush’ at the top of the family tree leading to the rest of the vertebrates,“ Wainwright said. „Now we have this beautiful phylogeny of one-third of all vertebrates.“

The study also shows that after roaring along for their first 100 million years, the pace of evolution of the spiny-rayed fish downshifted about 50 million years ago.

Some groups of fish have gone along steadily for millennia; others have gone through bursts of rapid evolution. Overall, the researchers found that the rate at which new species formed was fairly constant across the group from their origin to about 50 million years ago, then dropped about five-fold and has remained at that level since.

That might mean that these fish have essentially filled the available spaces, Wainwright said.

„It’s not uncommon in evolution to see a rapid diversification followed by a slowdown, but it’s never been seen on such a scale before,“ he said.

Wainwright’s laboratory worked with the lab of Tom Near, a former postdoctoral scholar at UC Davis now at Yale University, and colleagues at the University of Tennessee, The Field Museum in Chicago, Florida Atlantic University and CUNY Staten Island to construct the family tree. Matt Friedman, a paleontologist at the University of Oxford, England, added fossils that helped set dates for branches of the tree.

The researchers looked at 10 genes in more than 500 fish species representing most of the families of spiny-rayed fish. They used the genetic data to construct a tree, grouping related families together. They also looked at the pace of evolution — the rate at which new species formed — in different branches, and across the group as a whole.

The spiny-rayed fish originated about 150 million years ago, separating from more primitive fish, such as lampreys, sharks and sturgeon, and from the ancestors of salmon and trout. Since then, they have spread into every aquatic habitat on Earth.

The tree shows some interesting relationships. For example, tuna are more closely related to seahorses than to swordfish or barracuda. The oddly shaped pufferfishes are related to anglerfish, the only fishes whose bodies are wider than they are deep.

Cichlids, a family that includes about 2,000 species of freshwater fish known for brooding their young in their mouths and a favorite for studies of evolution, are related to the engineer gobies, an obscure family of just two species that live on coral reefs and raise their young in a nest.

Wainwright’s special interest is in the evolution of fish jaws. Fish have two sets of jawbones, an outer jaw and „pharyngeal jaws“ in the throat that adapted to different functions. In some fish, the lower pharyngeal jaw is fused into a single solid bone that can be used to crush prey such as shellfish.

Biologists had assumed that this fused jaw had evolved once and then spread into different groups of fish. Instead, the new tree shows that this structure evolved at least six times in different groups of fish.

Additional collaborators on the project were: Samantha Price at UC Davis; Alex Dornburg, Ron Eytan and Kristen Kuhn at Yale University; Leo Smith at the Field Museum; Jon Moore, Florida Atlantic University; and Frank Burbrink, College of Staten Island/CUNY, Staten Island. Funding was provided by the National Science Foundation.

University of California Davis (UCD)

Original Paper PNAS:
http://www.pnas.org/content/110/31/12738.abstract

Stofftransporte im Tropischen Ozean entschlüsselt

Turbulente Prozesse liefern wichtigen Beitrag zur Sauerstoffversorgung

02.08.2013/Kiel. Wie wird der tropische Ozean mit lebenswichtigem Sauerstoff versorgt? Meeresforschern des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel gelang es erstmals, hierzu quantitative Aussagen zu treffen. Sie konnten zeigen, dass etwa ein Drittel der Sauerstoffzufuhr in diesen Meeresgebieten durch turbulente Prozesse wie Wirbel oder interne Wellen geleistet wird. Die Studie, die im Rahmen des Sonderforschungsbereichs SFB 754 „Biogeochemische Wechselwirkungen im Tropischen Ozean“ durchgeführt wurde, ist in der internationalen Fachzeitschrift Biogeosciences erschienen.

In vielen Bereichen der tropischen Ozeane ist Sauerstoff ein knappes Gut. Ob in weiten Teilen des Indischen Ozeans, des Ostpazifiks oder im Atlantik vor der Küste Westafrikas gibt es in einigen Hundert Metern Tiefe weite Gebiete mit sehr geringen Sauerstoffgehalten, sogenannte Sauerstoffminimumzonen (SMZ). Diese stehen seit einigen Jahren im Fokus Kieler Meeresforscher. Dank modernster Messverfahren gelang es ihnen nun erstmals zu quantifizieren, welche Prozesse für die Sauerstoffversorgung dieser Gebiete, die sogenannte Belüftung, wichtig sind. Bisher waren die Ozeanographen davon ausgegangen, dass der im Meer gelöste Sauerstoff aus den Oberflächenschichten über die großräumige Prozesse langsam in die Tiefe vordringt. Schwankungen der die Meeresströmungen antreibenden Passatwinde könnten die Sauerstoffzufuhr so direkt regulieren. Messungen im Gebiet vor der Küste Westafrikas südlich der Kapverdischen Inseln weisen aber nun die große Bedeutung turbulenter Vermischungsprozesse nach. Die Wissenschaftler setzten für ihre Untersuchungen hochpräzise Messinstrumente wie Mikrostruktursonden und Profilstrommesser ein.

Die Verfolgung eines im Ozean ausgebrachten, chemisch wenig reaktionsfreudigen Spurenstoffs, eines sogenannten Tracers, bestätigte die direkten Turbulenzmessungen. Die horizontale und vertikale Ausbreitung des Spurenstoffs wurde über einen Zeitraum von drei Jahren durch chemische Analysen sehr genau bestimmt.

Beide Messverfahren zeigten, dass etwa ein Drittel der Sauerstoffzufuhr in den tropischen Sauerstoffminimumzonen durch die vertikale turbulente Vermischung erfolgt. „Der relativ hohe Beitrag der Turbulenz im Sauerstoffbudget hat uns überrascht“ sagt Prof. Dr. Martin Visbeck, einer der Initiatoren des Experiments. „Auch dank der verbesserten Messverfahren und -genauigkeiten konnten wir hier Neuland betreten“, so Visbeck weiter. Erstautor Dr. Tim Fischer, der im Rahmen seiner Promotion die Parametereinstellungen und Auswertung schiffsgestützter Profilstrommessungen deutlich verbessern konnte, um die Turbulenz im Ozean vom fahrenden Schiff aus zu bestimmen, ergänzt: „Dadurch haben wir im Vergleich zu den zeitaufwendigen Mikrostruktur-Sonden Messungen viel mehr Daten gewinnen können“. Co-Autorin Dr. Donata Banyte vom GEOMAR, die im Rahmen ihrer Promotion mehr als drei Jahre mit den Daten aus dem Spurenstoffexperiment gearbeitet hat, fügt hinzu: „Ich freue mich sehr, etwas wirklich Neues und Wichtiges in der physikalischen Ozeanographie entdeckt zu haben“.

„Da etwaige Vergrößerungen sauerstoffarmer Gebiete negative Auswirkungen auf das marine Ökosystem haben können, ist es wichtig, die hierfür maßgeblichen Prozesse zu identifizieren. Die Ergebnisse werden uns helfen, die Dynamik und Veränderungen in den Sauerstoffminimumzonen in den Ozeanen besser zu verstehen“, resümiert Prof. Visbeck.

Hintergrundinformationen:
Die Dynamik von Sauerstoffminimumzonen ist das zentrale Thema des Sonderforschungsbereichs 745 „Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“, der von der Deutschen Forschungsgemeinschaft an der Christian-Albrechts Universität zu Kiel und am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel gefördert wird.

Sauerstoffminimumzonen – Zonen, in denen Sauerstoff Mangelware ist oder sogar ganz fehlt – erstrecken sich in allen tropischen Ozeanen. Messungen der vergangenen Jahre deuten aber darauf hin, dass sich diese Zonen ausweiten. Zu den Folgen gehört, dass sich der Lebensraum bestimmter Fischarten verkleinert. Doch sind diese Veränderungen Teil einer natürlichen Schwankung oder sind sie Folge des von Menschen verursachten globalen Wandels? Und wie weit werden sich diese sauerstoffarmen Zonen noch ausbreiten? Diesen und weiteren Fragen widmen sich die Kieler Forscher des SFB 754.

Am Wissenschaftsstandort Kiel erforschen die Wissenschaftler darüber hinaus im Kieler Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“ die Veränderungen der Ozeane in der Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft mit einem weltweit einmaligen Ansatz: Meeres-, Geo- und Wirtschaftswissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sowie Mediziner, Mathematiker, Informatiker, Juristen sowie Gesellschafts- und Sozialwissenschaftler bündeln ihr Fachwissen in insgesamt elf multidisziplinären Forschergruppen. Ihre Forschungsergebnisse fließen ein in nachhaltige Nutzungskonzepte und Handlungsoptionen für ein weltweites Management der Ozeane. Das neue Forschungsprogramm setzt sich dabei eine verstärkte Wissensintegration zum Ziel. Dabei soll das grundsätzliche Verständnis des Ozeans zu wissenschaftlich fundierten Vorhersagen und Szenarien führen, um – in engem Dialog mit Entscheidungsträgern – zu einem nachhaltigen Management der Ozeane beitragen zu können.

Originalarbeit:
Fischer, T., D. Banyte, P. Brandt, M. Dengler, G. Krahmann, T. Tanhua, and M. Visbeck, 2013: Diapycnal oxygen supply to the tropical North Atlantic oxygen minimum zone. Biogeosciences, 10, 5079-5093, doi:10.5194/bg-10-5079-2013

Links:
www.geomar.de – GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
www.sfb754.de – Sonderforschungsbereich 754
www.ozean-der-zukunft.de – Exzellenzcluster Ozean der Zukunft

Wo im Weddellmeer das Schelfeis weicht, starten Antarktische Glasschwämme richtig durch

Wo im Weddellmeer das Schelfeis weicht, starten Antarktische Glasschwämme richtig durch

Der Abbruch und Zerfall des Larsen-A-Schelfeises im westlichen Weddellmeer der Antarktis im Jahr 1995 hat in weniger als zwei Jahrzehnten zu grundlegenden Veränderungen des Lebens am Meeresboden geführt. Wie Biologen des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, in der Titelgeschichte der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins Current Biology berichten, profitierten vor allem Antarktische Glasschwämme vom Verschwinden des hunderte Meter dicken Eispanzers – und zwar in einem Ausmaß, das die Forscher überraschte.

Trotz Wassertemperaturen von minus 2 Grad Celsius hatte sich die Anzahl der Tiere zwischen den Jahren 2007 und 2011 verdreifacht. Die Schwämme waren zudem erstaunlich schnell gewachsen und hatten Nahrungskonkurrenten vollständig verdrängt. Das Fazit: Die Lebensgemeinschaften am Grund des westlichen Weddellmeeres reagieren deutlich schneller und umfassender auf klimabedingte Veränderungen als bisher angenommen.

Antarktische Glasschwämme (Hexactinellida) galten bisher als Urtiere des Südpolarmeeres. So mancher Biologe mutmaßte, Glasschwämme würden so langsam wachsen, dass Exemplare mit einer Größe von zwei Metern rund 10.000 Jahre und älter sein müssten. Eine neue Studie unter der Leitung von Wissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes (AWI), die in der aktuellen Ausgabe des Fachmagzins Current Biology erschienen ist, bringt diese Annahmen nun ins Wanken.

Die AWI-Biologen Laura Fillinger und Claudio Richter konnten gemeinsam mit Kollegen von der Universität Göteborg und dem Forschungsinstitut und Naturmuseum Senckenberg auf einer Polarstern-Expedition in die schwer zugängliche Region des ehemaligen Larsen-A-Schelfeises nachweisen, dass Glasschwämme innerhalb kurzer Zeit einen wahren Wachstumsschub erleben können. „Als wir im Jahr 2011 mit unserem ferngesteuerten Unterwasserroboter zum Meeresgrund in einer Tiefe von rund 140 Metern abtauchten, erlebten wir auf unseren Bildschirmen eine große Überraschung. Wo auf einer früheren Polarstern-Expedition im Jahre 2007 an gleicher Stelle sehr viele Seescheiden und nur vereinzelte Glasschwämme zu sehen waren, fanden wir vier Jahre später keine Seescheiden mehr. Diese Pionierarten waren komplett verschwunden. Stattdessen sahen wir dreimal so viele Glasschwämme, darunter viele junge Individuen“, berichtet Laura Fillinger, Erstautorin der Studie.

Bis zu diesem Zeitpunkt war man in der Fachwelt davon ausgegangen, dass sich Lebensgemeinschaften am Meeresboden der Antarktis nur sehr langsam verändern, weil das Wasser minus zwei Grad Celsius kalt ist und Futter aufgrund der regelmäßigen Eisbedeckung oft nur in einem begrenzten Umfang zur Verfügung steht. „Jetzt wissen wir, dass Glasschwämme regelrechte Boom-Zeiten durchleben können und dabei in der Lage sind, in kurzer Zeit neue Lebensräume zu besiedeln“, sagt Projektleiter Prof. Dr. Claudio Richter.

Das Verschwinden des hunderte Meter dicken Larsen-A-Schelfeis-Deckels, so Claudio Richter, muss für die Lebewesen am Meeresboden in etwa so gewesen sein, als hätte sich der Himmel über ihnen aufgetan. Wo zuvor Kälte, Dunkelheit und Futterknappheit regiert hatten, dringt plötzlich Sonnenlicht in die Tiefe. Plankton wächst in den oberen Wasserschichten und rieselt nach seinem Tod zum Meeresboden herab.

Glasschwämme ernähren sich von kleinstem Plankton, das sie aus dem Wasser filtern. Die Tiere werden bis zu zwei Meter groß und bieten mit ihren vasenähnlichen Körpern perfekte Versteck-, Laich- und Rückzugsmöglichkeiten für Fische, Wirbellose und viele andere Meeresbewohner. „Schwämme bilden wie Korallen eigene Lebensräume. Sie fungieren in gewisser Weise wie Städte am Meeresgrund. Wo sie wachsen, ist immer etwas los und deshalb zieht es andere Meeresbewohner dorthin“, sagt Claudio Richter.

Überall dort, wo sich an der Antarktischen Halbinsel die Schelfeise zurückziehen oder auflösen, entsteht neuer Raum für solche Unterwasserwelten. Ob die Glasschwämme deshalb jedoch auch zu den Profiteuren des Klimawandels zählen, können die Wissenschaftler noch nicht abschließend beurteilen. Laura Fillinger: „Für Vorhersagen gibt es noch zu viele Unbekannte. Eine ist zum Beispiel die Frage nach dem Einfluss von Konkurrenten: Gegenwärtig sehen wir am Meeresboden einen Kampf um die besten Plätze. Oder die Frage nach den Räubern: Bei unserer Tauchfahrt im Jahr 2011 haben wir kaum Schnecken und Seesterne gesehen, die den Glasschwämmen gefährlich werden können. Es kann aber durchaus sein, dass diese gefräßigen Räuber den Schwämmen auf dem Fuße folgen und diese wieder in die Schranken weisen.“

Die Meeresbiologen des Alfred-Wegener-Institutes werden die Veränderungen der Lebensgemeinschaften im westlichen Weddellmeer weiter beobachten. Im Januar dieses Jahres mussten die geplanten Tauchfahrten in der Region des ehemaligen Larsen-A-Schelfeises aufgrund des dichten Packeises im Weddellmeer zwar abgesagt werden. Auf künftigen Polarstern-Fahrten in diesen Teil der Antarktis aber hoffen Claudio Richter und sein Team auf bessere Eisverhältnisse, um vor Ort mit neuen Untersuchungsmethoden mehr über den Lebenszyklus der Glasschwämme herauszufinden.

Glossar:
Was sind Schelfeise?
Schelfeis nennt man den auf dem Meer schwimmenden Fortsatz eines Gletschers – also jenen Teil des Eisstromes, der nicht mehr auf dem Land oder Meeresgrund aufliegt. Die bekanntesten Schelfeise gibt es in der Antarktis, wo mit dem Filchner-Ronne-Schelfeis (rund 422.000 Quadratkilometer Fläche) und dem Ross-Schelfeis (rund 473.000 Quadratkilometer Fläche) auch die zwei größten ihrer Art zu finden sind. Die Dicke der Eisplatten kann sich von Schelfeis zu Schelfeis unterscheiden – die Spanne reicht von 50 und 600 Meter Eisdicke.

Larsen-A-Schelfeis
„Larsen-A“ nannten Forscher das kleinste und nördlichste der drei Larsen-Schelfeise, die einst von der Ostküste der Antarktischen Halbinsel in das westliche Weddellmeer hineinreichten. Im Januar 1995 zerfiel der Eispanzer von Larsen-A während eines Sturmes gemeinsam mit dem weiter nördlich befindlichen Prinz-Gustav-Schelfeis innerhalb weniger Tage auf einer Fläche von rund 2000 Quadratkilometern. Seine Überreste trieben damals als Armada kleiner Eisberg in das westliche Weddellmeer. Dieses Naturschauspiel machte weltweit Schlagzeilen, denn nie zuvor hatten Wissenschaftler ein Schelfeis so schnell auseinanderbrechen sehen. Das Ereignis führte Forschern erstmals vor Augen, dass Klimaveränderungen zu einem nahezu blitzartigen und vollständigen Verlust von Schelfeisen führen können. Die Region des ehemaligen Larsen-A-Schelfeises ist noch heute oft von Packeis bedeckt und deshalb für Forschungsschiffe wie Polarstern nur schwer zu erreichen.

Ihre wissenschaftlichen Ansprechpartner am Alfred-Wegener-Institut sind:
o Prof. Dr. Claudio Richter (Tel: +49 (0)471- 48 31-1304, E-Mail: Claudio.Richter@awi.de),
o Laura Fillinger (vorerst nur via E-Mail: Laura.Fillinger@awi.de)

Riesiger Eisberg löst sich vom Pine-Island-Gletscher in der Antarktis

Riesiger Eisberg löst sich vom Pine-Island-Gletscher in der Antarktis

Am Pine-Island-Gletscher, dem längsten und am schnellsten fließenden Gletscher der Antarktis, hat sich gestern (am 8. Juli 2013) eine riesige Fläche Schelfeis gelöst und treibt nun in Form eines sehr großen Eisberges in der Amundsen-See.

Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, haben dieses Naturschauspiel über den Erdbeobachtungssatelliten TerraSAR-X vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) verfolgt und in vielen Einzelaufnahmen dokumentiert. Die Daten sollen helfen, die physikalischen Rätsel eines solchen „Kalbens“ zu lösen.

Den ersten Riss in der Gletscherzunge hatten Wissenschaftler der amerikanischen Raumfahrtbehörde NASA am 14. Oktober 2011 bei einem Überflug entdeckt. Er war damals rund 24 Kilometer lang und 50 Meter breit. „Infolge der Risse hat sich ein riesiger Eisberg von der Gletscherzunge gelöst – er misst 720 Quadratkilometer und ist damit fast so groß wie das Stadtgebiet Hamburgs“, berichtet Prof. Angelika Humbert, Eisforscherin vom Alfred-Wegener-Institut.

Die Glaziologin und ihr Team haben die hoch auflösenden Radaraufnahmen des DLR-Erdbeobachtungssatelliten TerraSAR-X genutzt, um das Fortschreiten der beiden Risse zu beobachten und die physikalischen Prozesse hinter den Gletscherbewegungen besser zu verstehen. So vermaßen die Forscher unter anderem die Spaltbreiten und berechneten die Fließgeschwindigkeit des Eises. „Oberhalb des großen Risses ist der Gletscher zuletzt mit einem Tempo von zwölf Metern pro Tag geflossen“, berichtet Humberts Kollegin Dr. Dana Floricioiu vom DLR. Und Nina Wilkens, Doktorandin im Team von Humbert ergänzt: „Anhand der Aufnahmen konnten wir verfolgen, wie sich der größere Riss am Pine-Island-Gletscher zunächst auf eine Strecke von 28 Kilometern verlängerte. Kurz vor der „Geburt“ des Eisberges öffnete sich der Spalt dann Stück für Stück, sodass er an seiner breitesten Stelle etwa 540 Meter maß.“

Diese und andere TerraSAR-X-Satellitendaten lassen die Wissenschaftler in Computersimulationen einfließen, mit denen sie die Bruch- und Fließmechanik der Eismassen modellieren. „Gletscher sind ständig in Bewegung. Sie haben ihre ganz eigene Fließdynamik. Ihr Eis ist permanenten Spannungen ausgesetzt und das Kalben von Eisbergen ist noch weitestgehend unerforscht“, sagt Eismodelliererin Angelika Humbert.

Ihre Simulationsergebnisse vergleichen die Wissenschaftlerin und ihr Team im Anschluss mit aktuellen Satellitendaten wie jenen von TerraSAR-X. Stimmen Modellrechnung und Realität überein, können die Wissenschaftler daraus zum Beispiel schlussfolgern, welche Gleiteigenschaft der Boden unter dem Gletschereis besitzt oder wie sich der Eisstrom im Fall einer weiteren Erderwärmung verhalten könnte.

Werden Eisabbrüche wie dieser vom Klimawandel hervorgerufen? Angelika Humbert sieht bisher keinen direkten Zusammenhang: „Die Bildung von Rissen im Schelfeis und damit auch die Entstehung neuer Eisberge sind natürliche Vorgänge“, sagt die Glaziologin. Allerdings sei der Pine-Island-Gletscher, der vom Hudson-Gebirge in die Amundsen-See fließt, mit einem Fließtempo von etwa vier Kilometern pro Jahr der am schnellsten fließende Gletscher der westlichen Antarktis. Diese Geschwindigkeit wird jedoch weniger von den steigenden Lufttemperaturen hervorgerufen. Sie gründet vielmehr darauf, dass sich die Windrichtungen in der Amundsen-See geändert haben. „Der Wind bringt nun warmes Meerwasser unter das Schelfeis. Dieser Prozess führt mit der Zeit dazu, dass das Schelfeis von unten schmilzt, vor allem an der sogenannten Aufsetzlinie, dem kritischen Übergang zum Inlandeis“, sagt die Wissenschaftlerin.

Für den westantarktischen Eisschild hätte ein noch schnelleres Fließen des Pine-Island-Gletschers vermutlich ernstzunehmende Folgen: „Das westantarktische Inlandeis liegt auf Land, das tiefer liegt als der Meeresspiegel. Sein ‚Bett’ neigt sich zudem landeinwärts. Es besteht also durchaus die Gefahr, dass diese großen Eismassen instabil werden und ins Rutschen kommen“, sagt Humbert. Würde der gesamte westantarktische Eisschild in den Ozean fließen, hätte dies einen weltweiten Meeresspiegelanstieg in Höhe von etwa 3,3 Metern zur Folge.

Hintergrundinformation: Schelfeis
Das 200 bis 1200 Meter dicke Schelfeis entsteht durch das Abgleiten von Gletschern ins Meer. Es ist also ein Ausläufer des antarktischen Inlandeises, welches sich zu seinem Rand hin ausdünnt und auf dem Meer schwimmt. Der Eisschild selbst liegt auf dem antarktischen Kontinent auf, erreicht eine Dicke von bis zu vier Kilometern und ist in großen Teilen am Felsboden festgefroren. Eine Besonderheit der Westantarktis: Hier liegen große Teile der Landfläche unterhalb des Meeresspiegels.

Hinweise für Redaktionen:
Druckbare Satellitenaufnahmen vom Abbruch des Eisberges finden Sie in der Onlineversion dieser Pressemitteilung unter http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/pressemitteilungen/.

Ihre Ansprechpartnerinnen am Alfred-Wegener-Institut sind Prof. Angelika Humbert (Tel: 0471- 48 31 – 18 34, E-Mail: Angelika.Humbert(at)awi.de ) und in der Pressestelle Sina Löschke (Tel: 0471 – 48 31 – 20 08, E-Mail: Sina.Loeschke(at)awi.de). Ansprechpartnerin am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt ist Dr. Dana Floricioiu (Tel: +49 8153 28-1763, E-Mail: dana.floricioiu(at)dlr.de )

Einen NASA-Hintergrundbericht von der Entdeckung des ersten Risses sowie eindrucksvolle Animationsvideos finden Sie unter www.nasa.gov/mission_pages/icebridge/news/fall11/pig-break.html

Das Alfred-Wegener-Institut forscht in der Arktis, Antarktis und den Ozeanen der mittleren und hohen Breiten. Es koordiniert die Polarforschung in Deutschland und stellt wichtige Infrastruktur wie den Forschungseisbrecher Polarstern und Stationen in der Arktis und Antarktis für die internationale Wissenschaft zur Verfügung. Das Alfred-Wegener-Institut ist eines der 18 Forschungszentren der Helmholtz-Gemeinschaft, der größten Wissenschaftsorganisation Deutschlands.

Forscher entschlüsseln Genom der Kalkalge Emiliania huxleyi

Die genetische Vielfalt macht’s: Forscher entschlüsseln Genom und Erfolgsgeheimnis der Kalkalge Emiliania huxleyi

Bremerhaven, den 12. Juni 2013. Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, haben gemeinsam mit einem internationalen Forscherteam das Genom der Kalkalge Emiliania huxleyi entschlüsselt und dabei eine Erklärung für die enorme Anpassungsfähigkeit und Verbreitung dieses Einzellers gefunden. Wie die Forscher in einer Online-Vorabveröffentlichung des Fachmagazins Nature berichten, punktet die Mikroalge mit genetischer Vielfalt. Sie besitzt ein besonders großes sogenanntes Pan-Genom. Das heißt, die Einzeller teilen nur einen gewissen Stammsatz identischer Erbinformationen miteinander. Der Rest des Genpools variiert stark und hängt vom Ort und den jeweiligen Lebensbedingungen der Algen ab. Die Kalkalge ist die erste Alge, bei der Wissenschaftler diese Besonderheit nachweisen konnten.

Sie misst gerade mal fünf Tausendstel Millimeter. Die Form ihres Panzers aus dünnen Kalkschilden erinnert an einen Fußball. Dennoch gehört die kalkbildende Mikroalge Emiliania huxleyi zu den interessantesten Lebewesen unserer Ozeane. Ohne kalkbildende Mikroalgen wie sie gäbe es zum Beispiel weder die beeindruckenden Kreidefelsen von Dover (England) noch jene auf Rügen. Beide Naturwunder sind nichts anderes als riesige Kalkschuppen-Halden solcher Algen.

Ohne „Ehux“ wie Emiliania huxleyi von Wissenschaftern liebevoll genannt wird, wäre es vermutlich auch deutlich wärmer auf der Erde. „Die kalkbildenden Mikroalgen wirken dem Klimawandel entgegen. Auf Langzeitskalen betrachtet, entziehen sie durch ihre Photosynthese und beim Bau ihrer Kalkschuppen der Atmosphäre erhebliche Mengen Kohlenstoff und binden diesen“, sagt der Biologe und Mitautor der Studie Dr. Uwe John vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI).

Ihn und seine Kollegen begeistert die Mikroalge jedoch vor allem durch eine weitere Eigenschaft: „Ehux kann sich an nahezu alle Lebensbedingungen im Meer anpassen. Sie kommt in fast allen Regionen der Ozeane vor – in Äquatornähe ebenso wie in kühleren Breiten, auch bei uns in der Nordsee. Aus welchem Grund sie dazu in der Lage ist, verstehen wir aber erst jetzt“, sagt AWI-Algenforscher Dr. Klaus Valentin.

Uwe John, Klaus Valentin und ihre AWI-Kollegen Prof. Dr. Stephan Frickenhaus und Dr. Sebastian Rokitta sind vier von 75 Wissenschaftlern aus den USA, Deutschland, Kanada, Frankreich, Großbritannien, Belgien und Chile, denen es jetzt gemeinsam gelungen ist, das Genom der Kalkalge Emiliania huxleyi zu entschlüsseln. „Das Genom ist in gewissem Sinne die Festplatte eines Organismus. Auf ihr sind alle Eigenschaften codiert – wie er aussieht, wie er sich anpassen kann, wie er mit anderen konkurriert. Wenn wir die Daten auf dieser Festplatte kennen, können wir sehr viel darüber erfahren, was dieser Organismus alles kann und wie er auf Veränderungen, zum Beispiel im Zuge des Klimawandels reagiert“, so Klaus Valentin.

Das Genom der Mikroalge hielt für die Wissenschaftler eine große Überraschung parat. „Das Ehux-Genom ist unglaublich variabel. Vergleicht man zum Beispiel die Erbinformation zweier Menschen miteinander, findet man eine Übereinstimmung von 99 Prozent. Nehmen wir jedoch zwei Ehux-Stämme aus verschiedenen Meeresregionen, stoßen wir auf einen Übereinstimmungsgrad von gerade mal 70 oder 80 Prozent. Der Rest des Genoms unterscheidet sich. Das bedeutet, die Algen besitzen alle einen bestimmten Grundsatz an Genen, der abhängig vom Lebensraum der Algen durch unterschiedliche Gene ergänzt wird, also im gewissen Maße austauschbar ist. In der Fachwelt bezeichnen wir so etwas als ‚Pan-Genom’, das bis zu unserer Studie nur bei Bakterien bekannt war. Jetzt haben wir es erstmals für eine Kalkalge nachgewiesen“, sagt Uwe John.

Diese genetische Vielfalt erkläre auch die große Anpassungsfähigkeit der Kalkalgen. „Ehux kann fast überall leben, denn die Gesamtheit aller Erbinformationen dieser Art ist im Vergleich zu anderen Einzellern riesig und vermutlich der Grund, warum es ihr gelingt, sich schnell an alle möglichen Bedingungen anzupassen und in nahezu allen Meeren dieser Welt erfolgreich zu sein. Ein Beispiel: Wenn Ehux blüht, dann oft in so großer Zahl und über eine Meeresfläche von Tausenden Quadratkilometern, sodass diese Algenblüten als milchig-weißer Schleier sogar aus dem Weltraum zu sehen sind“, ergänzt Klaus Valentin.

Ermöglicht wurden diese neuen Erkenntnisse durch eine enge internationale Zusammenarbeit der Forscher. Während die Wissenschaftler vom US-amerikanischen Department of Energy Joint Genome Institute im kalifornischen Walnut Creek das Genom des Ehux-Stamms CCMP1516 nahezu komplett sequenzierten, übernahmen die deutschen Biologen und Bioinformatiker die Sequenzierung von 13 weiteren Stämmen aus verschiedenen Regionen der Welt. Im Anschluss daran ermittelten die AWI-Forscher gemeinsam mit Kollegen von der Ruhr-Universität Bochum, der Universität zu Köln, der Hochschule Bremerhaven, dem Leibniz-Institut für Alterungsforschung, dem Leibniz-Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei sowie dem Zoologischen Forschungsmuseum Alexander Koenig in Vergleichs- und Detailuntersuchungen die Funktion einzelner Gene oder Gengruppen.

Bei ihrer Arbeit im Labor und am Großrechner identifizierten die Forscher unter anderem Gruppen von Genen, die der Kalkalge erlauben, in Wasser mit geringem Phosphor-, Eisen- oder Stickstoffgehalt zu gedeihen. Ein anderes Gen-Set stellt sicher, dass Ehux auch bei außergewöhnlich hoher Sonneneinstrahlung keinen Schaden nimmt. Uwe John: „Diese große genetische Vielfalt wird es der Alge hoffentlich auch erlauben, mit den gegenwärtigen Veränderungen der Meere wie zum Beispiel mit dem Anstieg der Wassertemperatur und des Kohlendioxidgehaltes fertig zu werden.“

Die vielen Genom-Daten bieten den AWI-Wissenschaftlern nun die Grundlage für weiterführende Detailuntersuchungen. „Wir wollen verstehen, auf welche Weise genau die Mikroalge auf die veränderten Lebensbedingungen reagiert. Dazu führen wir zum Beispiel Genexpressionsstudien durch, die zeigen, wie die zunehmende Versauerung des Ozeans die Stoffwechselprozesse im Innern der Alge beeinflusst“, sagt Uwe John.

Einen Einblick in diesen Teilbereich der Ehux-Genom-Forschung am Alfred-Wegener-Institut bietet Sebastian Rokittas Video-Einführung „Die Auswirkungen der Ozeanversauerung auf die Kalkalge Emiliania huxleyi“ auf dem AWI-Youtube-Kanal (Link zum Video: http://www.youtube.com/watch?v=rSW-F_Nm96M).

Glossar:
Emiliania huxleyi
Emiliania huxleyi ist eine einzellige, kalzifizierende Mikroalge aus der Gruppe der Haptophyta (Gattung Coccolithophorida), die zum Beispiel mit Kieselalgen und Braunalgen verwandt ist. Sie erreicht einen Durchmesser von fünf- bis zehntausendstel Millimeter (0,005 – 0,01 mm) und ist damit achtmal kleiner als ein menschliches Haar im Durchmesser misst. Ihre Zellwand ist bedeckt mit einem Panzer aus Calcid-Scheibchen, der sie vor äußeren Einflüssen schützt.
Emiliania huxleyi kommt in allen Ozeanen der Welt vor, mit Ausnahme der sehr kalten Polarmeere. Die Alge tritt vor allem zur Blütezeit im Frühling und Sommer in sehr großen Mengen auf und bildet in dieser Zeit einen wesentlichen Teil des Meeresplanktons. Vor allem in dieser Zeit zählt sie zu den wichtigsten Primärproduzenten im Ökosystem Ozean.
Wissenschaftler interessieren sich für Emiliania huxleyi, weil sie bei der Photosynthese und bei der Bildung ihres Kalkpanzers Kohlenstoff bindet. Stirbt die Alge ab, sinken die Algenreste in die Tiefe. Etwa fünf Prozent dieser herabsinkenden Masse erreichen den Meeresboden und lagern sich dort ab, wodurch der gebundene Kohlenstoff dem globalen Kreislauf für mehrere Tausend Jahre entzogen wird. In Fachkreisen wird deshalb von einer „organischen Kohlenstoffsenke“ gesprochen.

Eine ausführliche Artbeschreibung finden Sie unter folgendem Link: http://www.awi.de/de/aktuelles_und_presse/hintergrund/art_des_monats/april/

A storage power plant on the seabed

A storage power plant on the seabed

Norwegian research scientists will contribute to realising the concept of storing electricity at the bottom of the sea. The energy will be stored with the help of high water pressure.

The idea of an underwater pumped hydroelectric power plant may sound like Jules Verne fiction, but then it was hatched by a German engineer who has spent much of his professional life working in aerospace technology.

“Imagine opening a hatch in a submarine under water. The water will flow into the submarine with enormous force. It is precisely this energy potential we want to utilize,” explains Rainer Schramm, inventor and founder of the company Subhydro AS to Gemini.no. “Many people have launched the idea of storing energy by exploiting the pressure at the seabed, but we are the first in the world to apply a specific patent-pending technology to make this possible,” he adds.
He has joined forces with SINTEF in order to realize the concept.

Turbine converts energy:
“SINTEF has experts in the fields of energy generation, materials technology and not least offshore and deep-water technology, which means we have all the expertise we need in one place,” says the German inventor.
To use the water pressure at the sea bed in practice, the mechanical energy is converted by a reversible pump turbine, as in a normal pumped storage hydroelectric plant.
“A pumped storage power plant is a hydroelectric plant which can be “charged” up again by pumping the water back to the upper reservoir once it has passed through a turbine. This type of power plant is used as a “battery”, when connected to the power grid,” the inventor explains.
In this pumped storage power plant turbine will be connected to a tank on the seabed at a depth of 400-800 metres. The turbine is fitted with a valve, and when this is opened, water flows in and starts turning the turbine. The turbine drives a generator to produce electricity. One can connect as many tanks as one wishes. In other words, it is the number of water tanks that decides how long the plant can generate electricity, before the energy storage capacity is exhausted.

High degree of storage efficiency:
“When the water tanks are full, the water must be removed from the tanks,” Schramm explains.
This is achieved by running the turbine in reverse, so that it functions as a pump. The process consumes energy from the power grid, just as when one charges an ordinary battery. Although a bit more energy is used to empty the water tanks than can be recovered from flooding them, the degree of efficiency of this type of power plant is just as high as that of a conventional, onshore plant. According to Schramm, calculations indicate an electric storage efficiency of approximately 80 per cent round-trip.

Another advantage of the system is that equipment can be scaled according to users’ requirements, both as regards the turbine size and the number of water tanks. A plant of normal size will produce roughly 300 megawatts for a period of 7-8 hours. This is enough energy to supply just over 200,000 British households with electricity for the same time.

“We envisage that this type of storage plant will function well in conjunction with, for example, wind farms. At strong wind conditions, excess electricity is sent subsea to pump water out of the storage tanks. In periods with little wind, energy can be obtained from this underwater plant instead. The same applies to solar generation: the pumped storage power station can contribute to constant electricity production at night time when there is no sunshine to run a solar power plant,” says Rainer Schramm.

The deeper the better:
In addition to the number of tanks, the sea depth also determines the effectiveness of the plant: the deeper the equipment is located, the greater is the pressure difference between the sea surface and the seabed, and the more energy is stored in a single tank.
“This is part of the reason why we want to try out the technology in Norway,” says Rainer Schramm. In his native country Germany the sea is too shallow for the system to be profitable, but there are many parts of the world where great water depths are located close inshore, such as the marine areas around Italy, Portugal and Spain, as well as North and South America.

Advanced concrete technology:
One of the challenges faced by the SINTEF research scientists is to develop a type of concrete which can be used to cast the water tanks which are placed on the seabed.
Tor Arne Martius-Hammer at SINTEF Building and Infrastructure is an expert on strong, light concrete types.

“The challenge is to find the optimal balance between strength and cost. If we achieve the goal of creating a concrete which will withstand at least 5 times as high loading as ordinary concrete, we can reduce the wall thickness by 75 per cent. This is a critical factor. We need to reach production and installation costs which make storage of energy economical in relation to the price of electrical energy,” Martius-Hammer explains.

One of the solutions SINTEF will work on is reinforcing the concrete with thin steel fibres instead of the normal steel rebar. This will result in a significant simplification of the production process. Concrete is in existence at present which can be used, but our job is to develop a cheaper alternative,” says Martius-Hammer.

http://www.sintef.com

Wie schnell reagiert der chemische Zustand des Ozeans auf die Klimaerwärmung?

Wie schnell reagiert der chemische Zustand des Ozeans auf die Klimaerwärmung?

Forschende aus Kieler Sonderforschungsbereich tragen wesentlich zu erster globaler Studie zum Stickstoffkreislauf im Ozean bei

Ohne Stickstoff ist Leben im Meer nicht möglich. Die Bindung und Freisetzung von Stickstoff in den Weltmeeren ist ein fein ausbalancierter Kreislauf. Doch der Mensch setzt diesen Stickstoffkreislauf unter Druck, indem er durch die Düngung landwirtschaftlicher Flächen zusätzlich riesige Mengen an Stickstoff in die Meere bringt. Um herauszufinden, wie der Stickstoffkreislauf auf Druck von außen reagiert, haben jetzt 40 Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus elf Nationen seine Entwicklung am Ende der letzten Eiszeit rekonstruiert. Zu dieser ersten globalen Studie zum Stickstoffkreislauf, die in der aktuellen Ausgabe der internationalen Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erscheint, haben auch Kieler Forschende aus dem Sonderforschungsbereich 754 beigetragen.

Ohne Stickstoff als Dünger und dessen Umwandlungsprodukte kann pflanzliches Plankton im Meer nicht existieren. Damit könnte es auch kein Kohlendioxid binden und keinen Sauerstoff produzieren. Und es fiele als Basis für die Nahrungskette weg. Doch auch zu viel Stickstoff wäre für das marine Ökosystem eine Katastrophe. Plankton würde in solchen Mengen wachsen, dass bei der späteren Zersetzung des organischen Materials ungeheure Mengen an Sauerstoff verbraucht würden. Damit würde auch Sauerstoff in weiten Bereichen des Meeresbodens fehlen und der Lebensraum für Fische und andere Meereslebewesen zerstört. Das bestehende Gleichgewicht halten marine Bakterien aufrecht, die Stickstoff aus der Atmosphäre fixieren und nahe der sauerstoffreichen Oberfläche speichern.

Das Gleichgewicht wird jedoch immer dann gestört, wenn zusätzlicher Stickstoff in die Meere gelangt, beispielsweise durch Düngemittel für die industrielle Landwirtschaft. Gleichzeitig erwärmt der Mensch das System Erde und damit auch die Ozeane, indem er große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre entlässt. Beides könnte den ozeanischen Stickstoffkreislauf verändern. Trotz der immensen Bedeutung des Stickstoffkreislaufs für alles Leben im Meer, fehlten bisher verlässliche wissenschaftliche Daten darüber, wie dieser Kreislauf auf den äußeren Druck reagieren wird.

Kieler Forschende aus dem Sonderforschungsbereich 754 „Klima – Biogeochemische Wechselwirkungen im tropischen Ozean“ haben mit ihren internationalen Kolleginnen und Kollegen rekonstruiert, wie der Stickstoffkreislauf im Ozean auf extreme äußere Einflüsse zum Ende der Eiszeit reagiert hat. Für ihre Studie haben die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler das größte Klimaarchiv der Erde genutzt – den Meeresboden. Denn wenn das mit Stickstoff angereicherte Phytoplankton stirbt, sinkt es auf den Meeresboden ab und sammelt sich dort an. Über die Jahrtausende bilden sich dort so einzelne Schichten, die jeweils etwas über die Umweltbedingungen zur Zeit ihrer Entstehung aussagen können. Bisherige Studien zu diesem Thema waren allerdings lokal begrenzt. „Deshalb haben wir zum ersten Mal die Erkenntnisse vieler Arbeitsgruppen, die an dem Thema arbeiten, zusammengefasst“, erklärt Professor Ralph Schneider, Direktor des Instituts für Geowissenschaften an der Universität Kiel und einer der Autoren. „Wir haben rund 2.300 Sedimentkerne aus allen Ozeanen vom Ende der Eiszeit miteinander verglichen und 76 Zeitserien aus Stickstoff-Isotopen über die vergangenen 30.000 Jahre erstellt.“

Aus den Daten der Vergangenheit können die Forschenden ablesen, dass sich der chemische Zustand des Ozeans erst nach wenigen tausend Jahren während des natürlichen Klimawandels nach der Eiszeit stabilisieren konnte. „Diese einmaligen Datensätze sind eine wesentliche Grundlage für Computersimulationen, mit denen wir abschätzen können, wie schnell der Stickstoffkreislauf auf den heutigen Klimawandel reagiert“, ergänzt Mitautor Christopher Somes vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

Ein Ergebnis der Studie ist, dass die Intensität der Prozesse, bei denen im Ozean gebundener Stickstoff freigesetzt wird und so in die Atmosphäre gelangen kann, am Ende der letzten Eiszeit stark zunahm, während die lichtarmen Teile des Ozeans wesentlich sauerstoffärmer wurden. Die Ökosysteme mussten sich an die geänderten Bedingungen anpassen. Als die Eisschilde sich vor rund 8.000 Jahren zurückgezogen hatten und gleichzeitig die erste menschliche Zivilisation auf der Erde erschien, hatte sich der Ozean in einen neuen, wärmeren Zustand stabilisiert, in dem der Stickstoffkreislauf schneller ablief als noch während der Eiszeit.

„Die heutigen Einflüsse auf den Ozean sind wahrscheinlich gravierender als während des Endes der Eiszeit. Ein neues Gleichgewicht wird der Ozean vielleicht erst in einigen Jahrhunderten oder sogar in mehreren Jahrtausenden erreichen“, prognostiziert Professor Ralph Schneider. „Damit bleibt die Frage offen, wie der Ozean mit dem vergleichsweise schnellen, vom Menschen verursachten Klimawandel zurecht kommt und wie dramatisch sich lokale Ökosysteme anpassen müssen“, so Ralph Schneider weiter.

Links/Originalartikel:
www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo1832.html
www.geomar.de – Das GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel
www.ifg.uni-kiel.de – Institut für Geowissenschaften der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

Kontakt:
Prof. Dr. Ralph Schneider
Institut für Geowissenschaften
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
E-Mail: schneider@gpi.uni-kiel.de

Meere sind Menschheitserbe

Meere sind Menschheitserbe

Wissenschaftlicher Beirat der Bundesregierung Globale Umweltveränderungen (WBGU)

Vision zur Bewahrung des Blauen Kontinents

Berlin, den 05.06.2013. Die Meere sind gemeinsames Erbe der Menschheit und sollten langfristig einen entsprechenden völkerrechtlichen Status erhalten. Dadurch würden sie besser geschützt und ihre nachhaltige Nutzung würde gesichert, so der WBGU in seinem neuesten Gutachten „Welt im Wandel – Menschheitserbe Meer“, das heute der Bundesregierung übergeben wurde.

Meere in Not:
Trotz zahlreicher völkerrechtlicher Abkommen und freiwilliger Verpflichtungen werden die Meere nicht nur höher, wärmer und saurer, wie bereits 2006 vom WBGU beschrieben; sie werden auch massiv überfischt, verschmutzt und zunehmend als letzte große Ressourcenquelle der Erde erschlossen und ausgebeutet. Seit 1994, dem Inkrafttreten des UN-Seerechtsübereinkommens (UNCLOS), wird nur ein Teilgebiet als gemeinsames Erbe der Menschheit anerkannt: das Gebiet des Meeresbodens jenseits nationaler Hoheitsbefugnisse mit seinen mineralischen Ressourcen. Den schlechten Zustand der Meere und die absehbare Zunahme von Meeresübernutzung und -verschmutzung nimmt der WBGU jetzt zum Anlass, die bereits Ende der 1960er Jahre in der UN-Generalversammlung vorgetragene Forderung erneut aufzugreifen: Alle Meereszonen mit Ausnahme des Küstenmeeres sollten zum gemeinsamen Erbe der Menschheit erklärt werden. Z udem sollten Bewahrung und nachhaltige Nutzung der Meere ein Leitprojekt der „Großen Transformation“ hin zu einer klimaverträglichen, zukunftsfähigen Gesellschaft sein. Die Notwendigkeit dieser „Großen Transformation“ hat der WBGU bereits 2011 in einem Gutachten begründet.

Strategie für einen nachhaltigen Umgang mit den Meeren
Auf dieser Grundlage sieht die Langfristvision des WBGU für die Meere eine Reform des UN-Seerechtsübereinkommens vor, die einen vorsorglichen und nachhaltigen Umgang mit den Meeren sicherstellt. Damit stünde der dauerhafte Schutz der Meere ebenso im Zentrum wie ihre gemeinschaftliche Nutzung in einer Welt mit bald 9 Milliarden Menschen. Von den Nutzungsmöglichkeiten der Weltmeere sollte die gesamte Menschheit profitieren. Voraussetzung hierfür wäre ein Konsens zum Umgang mit den Meeren, der über einen breiten gesellschaftlichen Dialog zu erreichen ist: ein Gesellschaftsvertrag für die Meere. Als Schlussstein eines sorgfältigen und schrittweisen Umbaus der internationalen Meerespolitik empfiehlt der WBGU die Gründung einer Weltmeeresorganisation (World Oceans Organisation) und entsprechender regionaler Institutionen für nachhaltiges Meeres-Management.

Eine solche Strategie für einen nachhaltigen Umgang mit den Meeren ist notwendig, möglich und vorteilhaft: Notwendig ist sie, weil die Meere erheblich geschädigt, verschmutzt und ausgebeutet werden. Möglich ist sie durch eine schrittweise und wirkungsvolle Regulierung der Meeresnutzung, aufbauend auf dem UN-Seerechtsübereinkommen. Vorteilhaft ist die Strategie, weil sie zum Übergang zu einer klimaverträglichen, nachhaltigen Gesellschaft beiträgt und sicherstellt, dass die Meere auch von künftigen Generationen genutzt werden können.

Mehr Verantwortung für Nationalstaaten und regionale Organisationen
Mit dem UN-Seerechtsübereinkommen gibt es bereits einen umfassenden internationalen Vertrag, der als eine Art „Verfassung der Meere“ fungiert. Allerdings fehlt es häufig an der konsequenten Umsetzung der vereinbarten Regelungen. Fehlverhalten wird nicht ausreichend verhindert und sanktioniert. Deshalb plädiert der WBGU für die Anwendung des Menschheitserbeprinzips und des Vorsorgeprinzips, so dass alle Staaten erweiterte Schutzpflichten für die Meere haben. In der Ausschließlichen Wirtschaftszone, d.h. der Zone zwischen 12 bis maximal 200 Seemeilen vor der Küste, deren Nutzung den Küstenstaaten vorbehalten ist, sollten die Schutz-, Berichts- und Kontrollpflichten den jeweiligen Staaten obliegen. In der Hohen See sollten die neu zu gründenden Regional Marine Management Organizations (RMMO) diese Pflichten übernehmen. Nur wenn diese ihre Aufgaben nicht erfüllen, sollte die Weltmeeresorganisation eingreifen können. Das Instrument der marinen Raumordnung sollte eingeführt und ein auf wissenschaftlichen Empfehlungen basierendes Netzwerk von Meeresschutzgebieten, auch für die Hohe See, eingerichtet werden.
Durch Rechenschafts- und Berichtspflichten von Küstenstaaten und Regional Marine Management Organizations (RMMO) würden Informationen gebündelt, so dass die Einhaltung bestehender Schutzvorschriften besser überprüft werden kann. Zusätzlich sollte das UN-Seerechtsübereinkommen Möglichkeiten enthalten, vertragsbrüchige Staaten zu sanktionieren. Staaten, die ihren Schutzverpflichtungen nicht nachkommen, sollten vor dem Internationalen Seegerichtshof verklagt werden können.

Transformation in den Handlungsfeldern Fischerei und Meeresenergie vorantreiben
Es gibt gute Beispiele für nachhaltiges Fischereiwesen in verschiedenen Ländern (z.B. Australien, Neuseeland), wo die Trendwende bereits gelungen ist und sich die Bestände langsam erholen. Diese Vorbilder gilt es in die Breite zu tragen. Auch in der EU sind Fortschritte sichtbar. Reformbedarf besteht generell vor allem bei der mangelnden Umsetzung der wissenschaftlichen Empfehlungen für Fangbeschränkungen durch die Politik sowie bei der Kontrolle und Durchsetzung der Regeln. Insbesondere muss die illegale Fischerei wirksamer bekämpft werden, etwa durch die Förderung von Monitoring- und Kontrollkapazitäten in Entwicklungsländern.

Die Nutzung erneuerbarer Energien aus dem Meer sollte durch gezielte Innovationspolitik und unter Beachtung von Nachhaltigkeitserfordernissen gefördert werden. Damit würde auch der Ausstieg aus der küstenfernen Öl- und Gasförderung sowie der Verzicht auf den klimagefährdenden Methanhydratabbau ermöglicht.

Riskante Expansion in die Arktis regulieren:
Der Schutz des Menschheitserbes ist – angesichts des derzeit stattfindenden Wettlaufs um die Rohstoffe – rund um den Nordpol mit seinen äußerst empfindlichen Ökosystemen zunehmend gefährdet. Hier gilt es die Interessen künftiger Generationen zu wahren und den gegenwärtigen Trend durch völkerrechtliche Regelungen zu begrenzen.

Mehr Interdisziplinarität und Nachhaltigkeit in der Meeresforschung:
Die deutsche Meeresforschung ist international exzellent aufgestellt und kann daher wichtige Lösungen zum Schutz und zur dauerhaften Nutzung der Meere erarbeiten und vorschlagen. Allerdings sollten die Gesellschaftswissenschaften stärker integriert und enger mit den Naturwissenschaften verzahnt werden. Zudem sollte die Meeresforschung insgesamt stärker auf Nachhaltigkeit ausgerichtet werden. Dafür bedarf es einer entsprechenden Förderpolitik.

Die Zusammenfassung des Gutachtens sowie die Handlungs- und Forschungsempfehlungen sind hier erhältlich: http://www.wbgu.de

Rückfragen bitte an: Dr. Benno Pilardeaux, bpilardeaux@wbgu.de oder 030-263948-0

Schnell sinkende Quallen fördern die Kohlendioxid-Aufnahme der Ozeane

Ansammlung von Quallen im freien Ozean. Das sogenannte gelatinöse Plankton, zu dem Quallen gehören, könnte eine größere Rolle beim Transport von Kohlenstoff ins Innere des Ozeans spielen, als bisher vermutet wurde.

Schnell sinkende Quallen fördern die Kohlendioxid-Aufnahme der Ozeane
– Experimente zeigen erstmals hohe Sink-Geschwindigkeiten für gelatinöses Plankton –

28. Mai 2013/Kiel. Wie viel Kohlendioxid (CO2) werden die Ozeane zukünftig aufnehmen können? Um mehr über diesen unschätzbaren Service der Meere für das Klima herauszufinden, untersuchen Wissenschaftler unter anderem die Sink-Geschwindigkeiten von abgestorbener Organismen. Die wachsende Menge an gelatinösem Plankton könnte helfen, das CO2-Problem zu mindern. Denn in Feld- und Laborexperimenten zeigten Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, dass tote Quallen und Manteltiere weitaus schneller absinken als Phytoplankton und Meeresschnee. Sie konsumieren Plankton und im Wasser schwebende Partikel besonders zügig und tragen damit in besonderem Maße zum Export von Biomasse und Kohlenstoff in die tieferen Schichten des Ozeans bei.

Die Ozeane nehmen etwa 25 Prozent des durch menschliche Aktivitäten freigesetzten Kohlendioxids (CO2) auf. Seit Beginn der Industrialisierung haben sie bereits die Hälfte des anthropogenen CO2 absorbiert. Millionen mikroskopisch kleiner Plankton-Organismen machen diesen unschätzbaren Service überhaupt erst möglich: Verschiedene Arten verwandeln im Meerwasser gelöstes Kohlendioxid aus der Atmosphäre durch Photosynthese in organischen Kohlenstoff und anderes biologisch verwertbares Material. Quallen und pelagische Tunikaten, im Wasser schwimmende Manteltiere, leben von kleinerem Plankton. Wenn sie am Ende ihrer Lebenszyklen zum Meeresboden sinken, nehmen sie Kohlenstoff mit hinab, speichern ihn in der Tiefe oder geben ihn als Nahrung weiter. So kann sich in den oberen Schichten neues CO2 lösen. Darüber hinaus bauen kalkbildende Organismen anorganischen Kohlenstoff in ihren Kalkschalen ein. Auch sie unterstützen die biologische Pumpe.

Um die Effizienz der biologischen Kohlenstoffpumpe besser abschätzen zu können, benötigen Wissenschaftler Informationen über die Sink-Geschwindigkeiten der unterschiedlichen Organismen. Gemeinsam mit Kollegen aus Deutschland, Spanien, Großbritannien und den Vereinigten Staaten führte Dr. Mario Lebrato, Biologischer Ozeanograph in der Arbeitsgruppe von Prof. Andreas Oschlies am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel, daher Feld- und Laborexperimente mit gelatinösem Plankton durch. In ihrem neuesten Artikel im internationalen Fachmagazin „Limnology and Oceanography“ geben die Forscher erstmals die Sink-Geschwindigkeiten für organische Überreste von Quallen und pelagische Tunikaten an. Diese Informationen ergänzen einen früheren Artikel im der selben Fachzeitschrift zur Exporteffizienz dieser Tiere für Biomasse. In der Kombination ergibt sich erstmals eine belastbare Abschätzung für die globalen Exportkapazitäten von gelatinösem Plankton.

Für ihre Experimente sammelten die Forscher verschiedene Arten von Scyphozoen (Schirm- oder Scheibenquallen), Ctenophoren (Rippenquallen) und Thaliaceen, (Salpen) in der Ostsee, im Mittelmeer, im Atlantik und im Südpolarmeer. Den Sinkprozess beobachtete und filmte Dr. Pedro de Jesus Mendes vom OceanLab Bremen in mit Meerwasser gefüllten Kunststoff-Zylindern. Anschließend wurden die Verhältnisse von organischem Kohlenstoff und Stickstoff der trockenen Biomasse sowie deren Gewicht gemessen. Der Kieler Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“, das European Project on Ocean Acidification (EPOCA), das Deutsche Verbundprojekt zur Ozeanversauerung BIOACID (Biological Impacts of Ocean Acidification) und das amerikanische National Science Foundation Office for Polar Programs unterstützen die Arbeiten.

„Die Sinkgeschwindigkeit des gelatinösen Planktons ist viel, viel höher als wir erwartet hatten, etwa 500 bis 1.600 Meter pro Tag“, resümiert Lebrato. „Und, was Forscher, die sich mit der biologischen Kohlenstoffpumpe beschäftigen, wirklich erstaunte: Sie ist höher als die des nicht-kalkbildenden Phytoplanktons und des Meeresschnees – den wichtigsten Quellen für sinkende Partikel und organischen Kohlenstoff für den inneren Ozean.“ Durch schnelleres Herabsinken erreichen die Biomasse und ihre Bestandteile die Tiefe ohne weiter zersetzt zu werden. Dort setzt mikrobieller Abbau CO2 frei, das am Boden ohne Kontakt zur Atmosphäre über Jahrtausende gespeichert werden kann. Außerdem erhalten benthische Organismen durch das schnelle Herabsinken hochwertigere Nahrung. Auf Festlandsockeln und in Hanglagen kann Biomasse den Meeresboden innerhalb eines Tags oder noch zügiger erreichen.

Innerhalb der untersuchten Arten hatten Scyphozoen im Durchschnitt den höchsten Kohlenstoffgehalt (26,97 Prozent), gefolgt Thaliaceen (17,20 Prozent) und Ctenophoren (1,40 Prozent). Der Kohlenstoffgehalt des gelatinösen Planktons ist im Durchschnitt zwar niedriger als der des Phytoplanktons oder von Meeresschnee. Aber seine großen Populationen, die sich über Hunderte von Quadratkilometern in den Ozeanen ausbreiten, können in Kombination mit der hohen Sink-Geschwindigkeit große Mengen an Kohlenstoff zum Meeresboden transportieren.

„Unser Datensatz gibt einen ersten Überblick und Vergleichsmöglichkeiten für Modellierer und Experimentierer. Spätere Studien können die Bedeutung von gelatinösem Plankton für den Kohlenstoffexport und die Effizienz der biologischen Pumpe weiter vertiefen“, urteilt Lebrato. „Wir werden häufig gefragt, wie viel organischen Kohlenstoff und CO2 das gelatinöse Plankton weltweit in die Tiefe tragen könnte, ob seine Kapazitäten denen von Phytoplankton und Meeresschnee ähneln. Und ob eine Zunahme von Quallen in der Zukunft den Export von organischem Kohlenstoff und die CO2-Speicherung fördern könnte. Weil bis vor kurzem nur wenige Menschen glaubten, dass die Quallen eine wichtige Rolle im Kohlenstoffkreislauf spielen könnten, wurden diese Tiere von den großen biogeochemischen Forschungsprogramme ausgeschlossen. In der Folge sind die verfügbaren Daten bis jetzt mager, und wir stehen erst am Anfang, die grundlegenden Eigenschaften zu begreifen, die es uns ermöglichen, ein besseres Verständnis der Rolle von Quallen und pelagischen Tunikaten im den globalen Kohlenstoffkreislauf zu begreifen.“

Links:
www.futureocean.org – Exzellenzcluster „Ozean der Zukunft“
www.bioacid.de – BIOACID
www.epoca-project.eu – EPOCA

Originalartikel:
Lebrato, M., de Jesus Mendes, P., Steinberg, D. K., Cartes, J. E., Jones, B. M., Birsa, L. M., Benavides, R. und Oschlies, A. (2013) Jelly biomass sinking speed reveals a fast carbon export mechanism Limnology and Oceanography, 58 (3), http://dx.doi.org/10.4319/lo.2013.58.3.1113
Lebrato, M., Pahlow, M., Oschlies, A., Pitt, K. A., Jones, D. O. B., Molinero, J. C. und Condon, R. H. (2011) Depth attenuation of organic matter export associated with jelly falls Limnology and Oceanography, 56
http://dx.doi.org/10.4319/lo.2011.56.5.1917
Lebrato, M., Pitt, K. A., Sweetman, A. K., Jones, D. O. B., Cartes, J. E., Oschlies, A., Condon, R. H., Molinero, J. C., Adler, L., Gaillard, C., Lloris, D. und Billett, D. S. M. (2012) Jelly-falls historic and recent observations: a review to drive future research directions Hydrobiologia, 690 (1), http://dx.doi.org/10.1007/s10750-012-1046-8

Ranga Yogeshwar erhält Meerespreis 2013


Prof. Mojib Latif (li.), GEOMAR-Direktor Prof. Peter Herzig (2.v.l.), Moderatorin Annika de Buhr, GEOMAR Verwaltungsdirektor Michael Wagner (2.v.r) und Christian Maaß von der Deutschen Bank (re.) gratulieren dem Preisträger Ranga Yogeshwar. Foto: J. Steffen, GEOMAR

Ranga Yogeshwar erhält Meerespreis 2013
Bekannter Wissenschaftsjournalist wird am Kieler GEOMAR geehr

21.05.2013/Kiel. Neues entdecken, verstehen und auch komplizierte Dinge einfach erklären, das ist das Metier des Physikers und Wissenschaftsjournalisten Ranga Yogeshwar. So vermittelt er auch komplexe wissenschaftliche Sachverhalte einer breiten Öffentlichkeit. In Anerkennung dieser besonderen Leistungen wird ihm vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel und der Deutschen Bank der diesjährige Meerespreis verliehen. Ranga Yogeshwar erhält die mit 10.000 Euro dotierte, von der Deutschen Bank gestiftete Auszeichnung im Rahmen einer Festveranstaltung am 21. Mai in Gegenwart des schleswig-holsteinischen Ministerpräsidenten Torsten Albig. Die Laudatio hält der international renommierte Klimaforscher Professor Mojib Latif.

September 2011, Fjord vor Trondheim, 200 Meter Tiefe. Fasziniert blickt Ranga Yogeshwar aus dem großen Frontfenster des Tauchbootes JAGO. Vor ihm liegt die für ihn bisher unbekannte Welt der Kaltwasserkorallen. Filigrane Korallenstöcke von weiß bis rot erstrahlen im Scheinwerferlicht des Unterwasserfahrzeugs des GEOMAR. Die Eindrücke, die er auf seinem Tauchgang sammeln konnte, präsentierte Ranga Yogeshwar in seiner Fernsehsendung „Quarks & Co“.

In seinen Fernsehbeiträgen, zu denen auch „Die große Show der Naturwunder“ gehört, beleuchtet er naturwissenschaftliche Themen aus verschiedensten, teils ungewöhnlichen Blickwinkeln und vermittelt die zum Teil komplexen Zusammenhänge einem breiten Publikum auf verständliche Weise. In Anerkennung seiner Leistungen auf dem Gebiet der Wissenschaftskommunikation erhält er deshalb vom GEOMAR und der Deutschen Bank den Meerespreis 2013. Die Auszeichnung ist mit 10.000 Euro dotiert und wird von der Deutschen Bank gestiftet.

„Ranga Yogeshwar hat eine ungewöhnliche Gabe. Als Physiker bringt er zum einen die Fähigkeit mit, komplexe Sachverhalte zu verstehen. Zum anderen ist er, anders als viele Wissenschaftler, in der Lage, diese mit einfachen Worten und Beispielen zu erklären“, sagt Professor Peter Herzig, Direktor des GEOMAR. „Gerade im Bereich der Meeresforschung erfahren wir jeden Tag wieder, dass physikalische, chemische, biologische und geologische Prozesse eng miteinander verknüpft sind. Diese zu durchdringen, stellt bereits eine große Herausforderung dar. Ranga Yogeshwar geht hier noch einen Schritt weiter und übersetzt diese Zusammenhänge in verständliche Sprache. Für diese außergewöhnliche Leistung verleihen wir ihm mit großer Freude den diesjährigen Meerespreis“, so Herzig weiter.

In seinem Grußwort unterstreicht der schleswig-holsteinische Ministerpräsident Torsten Albig die Bedeutung der Meeresforschung für Schleswig-Holstein und die Notwendigkeit, wissenschaftliche Ergebnisse in verständlicher Form der Öffentlichkeit zu vermitteln. „Ranga Yogeshwar macht uns klüger und schafft es dabei, Wissen spannend und unterhaltsam zu vermitteln. Es ist enorm wichtig, möglichst viele Menschen für die Schutzwürdigkeit der Meere zu sensibilisieren“, so Albig.

Der bekannte Klimaforscher Professor Mojib Latif hebt in seiner Laudatio ferner Yogeshwars Bestreben hervor, immer wieder eindringlich und gleichzeitig verständlich, aber stets exakt in der wissenschaftlichen Beweisführung, auf die Folgen von Umweltveränderungen im größten Ökosystem der Erde, dem Meer, hinzuweisen. „Das ist äußerst schwierig, aber von elementarer Bedeutung, denn wir müssen diesen Planeten auch für künftige Generationen in einem lebenswerten Zustand erhalten“, sagt Professor Latif.

Für die Deutsche Bank würdigte Thorsten Frahm, verantwortlich für die Geschäftskunden der Deutschen Bank in Hamburg und Schleswig-Holstein, den Preisträger. „Ranga Yogeshwar begeistert gerade auch viele junge Menschen für die spannende Welt der Wissenschaft. Mit seinem beeindruckenden kommunikativen Talent und persönlichen Engagement führt er uns immer wieder vor Augen, wie wertvoll und gleichzeitig gefährdet die Meere sind. Wir freuen uns sehr, als Deutsche Bank nun zum fünften Mal den Meerespreis stiften zu können.“

Die Preisverleihung findet im festlichen Rahmen mit rund 300 Gästen am Kieler GEOMAR statt. Die bekannte TV-Moderatorin Annika de Buhr führt durch ein abwechslungsreiches 1 ½ stündiges Programm. „Die Verleihung des Meerespreises ist für uns immer ein ganz besonderes Ereignis, bei dem wir nicht nur einen herausragenden Preisträger ehren, sondern auch ein attraktives Rahmenprogramm für unsere Gäste anbieten“, erläutert Professor Herzig. „Der Meerespreis hat in den vergangenen Jahren zunehmende Bedeutung erlangt und ist damit zur wichtigsten Auszeichnung auf dem Gebiet der Meeresforschung in Deutschland geworden.“

Hintergrundinformation:
Der GEOMAR – Deutsche Bank Meerespreis:
Der Preis wird seit 2009 jährlich an Persönlichkeiten vergeben, die sich besonders um die Meeresforschung und die Vermittlung von „Meer-Wissen“ verdient gemacht haben. Er ist mit 10.000 Euro dotiert. Die bisherigen Preisträger sind der Klimaforscher Prof. Dr. Mojib Latif, die Meeresbiologin Prof. Dr. Karin Lochte, der Bestsellerautor Frank Schätzing und seine Exzellenz, der Premierminister der Republik Kap Verden, José Maria Neves.

Ranga Yogeshwar wurde 1959 in Luxemburg als Sohn eines indischen Ingenieurs und einer luxemburgischen Künstlerin geboren. Seine frühe Kindheit verbrachte er überwiegend in Indien. Nach dem dortigen Grundschulbesuch folgte später das Abitur in Luxemburg. Ranga Yogeshwar studierte Physik („Experimentelle Elementarteilchenphysik und Astrophysik“) an der RWTH Aachen und arbeitete am Schweizer Institut für Nuklearforschung (SIN), am CERN in Genf sowie am Forschungszentrum Jülich.
Der Physiker kam 1987 als Redakteur zum Westdeutschen Rundfunk Köln und leitete mehrere Jahre die Programmgruppe Wissenschaft. Seit 2008 arbeitet er als unabhängiger Journalist und Autor. Yogeshwar hat zahlreiche TV-Sendungen entwickelt, produziert und moderiert und zählt zu den bekanntesten Wissenschaftsjournalisten in Deutschland. Seine Bücher sind Bestseller und wurden in mehrere Sprachen übersetzt. Ranga Yogeshwar ist Vater von 4 Kindern und lebt mit seiner Familie in der Nähe von Köln. (Text von www.yogeshwar.de/)

Links:
www.geomar.de – GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel.

www.yogeshwar.de/ – Ranga Yogeshwar

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