Forschung

Was die Forschung untersucht und herausfindet, wird durch  Wissenstransfer greifbar und verständlich.
Und ermöglicht so sinnvolles und effektives Handeln für die Meere .

Künftig doppelt so viele Blaualgen in der Ostsee?

Künftig doppelt so viele Blaualgen in der Ostsee?

Die Zahl der Cyanobakterien, auch Blaualgen genannt, könnte sich in der Ostsee im Zuge des Klimawandels womöglich verdoppeln. Das haben Wissenschaftler der Universität Hamburg, KlimaCampus berechnet. „Unsere Ergebnisse zeigen bei zunehmenden Wassertemperaturen nicht nur eine verlängerte jährliche Wachstumsphase, sondern auch mehr als zweimal so viel Algenbiomasse bis zum Ende des Jahrhunderts“, berichtet Prof. Inga Hense. Mögliche Folgen: plötzliche Algenblüten, unangenehm für den Tourismus und zum Teil gesundheitsschädlich. Darüber hinaus könnten auch andere Arten boomen und das Ökosystem in Schieflage bringen, weil die Blaualgen das umgebende Meerwasser mit wachstumsförderndem Stickstoff anreichern.

Nach den Berechnungen der Klimaforscher vermehren sich die Einzeller wie erwartet aufgrund der steigenden Wassertemperaturen. Dazu kommt noch ihr besonderer Lebenszyklus: Cyanobakterien wachsen nur in sehr warmem Wasser, überdauern ansonsten in einer Art Ruhestadium am Boden der meist flachen Gewässer. Das ist wie bei Aussaat und Ernte – je mehr schlummernde Zellen den Winter überleben, desto rascher wächst die Population im Frühjahr“, erläutert Hense.

Gleichzeitig treibt die hohe Zelldichte nahe der Wasseroberfläche die Temperatur weiter in die Höhe. Eine positive Rückkopplung, die für noch mehr Wachstum sorge, berichtet Hense in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Climatic Change.

Bisher hatte man den Wachstumsschub durch den Klimawandel deutlich niedriger eingeschätzt: Für Prognosen biologischer Systeme müssen auch nichtlineare Effekte berücksichtigt werden. Das macht die Berechnungen aufwändiger, so Hense. Die Biologin und ihr Team hatten zusammen mit Kollegen vom Swedish Meteorological and Hydrological Institute deshalb ein physikalisches Klimamodell mit einem biologischen Modell gekoppelt und dabei erstmals den kompletten Lebenszyklus der Cyanobakterien abgebildet.

Entscheidend ist offenbar auch die Abfolge von kalten und warmen Wintern: Halten wir alle Eckdaten im Modellexperiment konstant, ergeben sich dennoch unterschiedliche Zuwachsraten – je nachdem, wie sich die Kälteperioden aneinanderreihen und die Produktivität der Einzeller begünstigen oder benachteiligen, berichtet Hense. Ein weiteres Indiz, dass die Biologie der Cyanobakterien mit Blick auf den Klimawandel eine besondere Rolle spielt.

Verglichen hatten die Wissenschaftler die Zunahme einer gegebenen Blaualgenpopulation über einen Zeitraum von jeweils 30 Jahren –unter den Bedingungen von 1969 bis 1998, und als Gegenstück hierzu unter den Rahmenbedingungen, die uns voraussichtlich von 2069 bis zum Jahr 2098 mit zunehmender globaler Erderwärmung erwarten. Schon heute lässt sich ein Anstieg der Cyanobakterien beobachten. Unsere Untersuchungen geben außerdem erste Hinweise, dass wir künftig mit großen Veränderungen rechnen müssen, berichtet Hense.

So kommen die meist ungeliebten Einzeller nicht nur in der Ostsee vor, sondern auch in den Tropen und Subtropen, in flachen Gewässern und Süßwasserseen. Dort kurbeln sie das Wachstum weiterer Arten an: Cyanobakterien fixieren im Wasser gelösten Luftstickstoff, der für andere Organismen normalerweise nicht verfügbar ist. Als dominante Primärproduzenten können sie so das Nährstoffbudget ganzer Lebensräume tiefgreifend ändern. Im nächsten Schritt wollen die Wissenschaftler deshalb auch horizontale Meeresströmungen, mit denen die Algen verdriften, in ihre Berechnungen einbeziehen.

Der Originalartikel ist verfügbar unter:
http://link.springer.com/article/10.1007/s10584-013-0702-y

Schnelle Veränderungen des arktischen Ökosystems

 

Schnelle Veränderungen des arktischen Ökosystems

Studie in Fachzeitschrift Science: Überraschend schnelle Veränderungen des arktischen Ökosystems bis in die Tiefsee während des Eisminimums im Sommer 2012

Riesige Mengen von Algen wachsen an der Unterseite des Meereises in der Zentralarktis: Die Eisalge Melosira arctica war im Jahr 2012 für fast die Hälfte der Primärproduktion in diesem Gebiet verantwortlich. Wenn das Eis abschmilzt wie während des Eisminimums 2012 sinken diese Algen innerhalb kurzer Zeit bis auf den Meeresgrund in mehreren Tausend Metern Tiefe. Tierische Tiefseebewohner wie Seegurken und Haarsterne fressen die Algen. Bakterien setzen um, was übrig bleibt und zehren dabei den Sauerstoff im Meeresboden auf. Diese kurzfristige Reaktion des Tiefseeökosystems auf Änderungen an der Wasseroberfläche hat ein multidisziplinäres Forscherteam um Prof. Dr. Antje Boetius vom Alfred-Wegener-Institut (AWI), Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, jetzt in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.

Mehr als zwei Monate lang waren Wissenschaftler und Techniker aus zwölf Nationen im Spätsommer 2012 mit dem Forschungsschiff Polarstern in der Zentralarktis unterwegs. Im hohen Norden setzten sie eine Vielzahl modernster Forschungsgeräte und -methoden ein. Die übergeordnete Frage: Wie verändert sich die Arktis durch die globale Erwärmung und wie reagiert das Ökosystem mit seinen Bewohnern darauf? „Viel schneller als bisher vermutet!“ ist eine erste Antwort von Prof. Dr. Antje Boetius, die die Helmholtz-Max-Planck-Brückengruppe für Tiefsee-Ökologie und -Technologie leitet. „Der Meeresgrund in mehr als 4000 Metern Tiefe war übersät von Algenklumpen, die Seegurken und Haarsterne angelockt haben“, so die Mikrobiologin.

Die Algenklumpen mit einem Durchmesser von einem bis 50 Zentimetern bedeckten bis zu zehn Prozent des Meeresbodens. Aufspüren konnten die Forscher sie mit einem Ozeanboden-Beobachtungssystem namens OFOS (Ocean Floor Observation System). Dr. Frank Wenzhöfer aus der Helmholtz-Max-Planck-Brückengruppe konnte erstmals mit Mikrosensoren in der eisbedeckten Arktis die Sauerstoffkonzentration direkt am Tiefseeboden messen, dort, wo die Algen lagen. Auch unter dem Algenbelag tobte das Leben: Bakterien hatten angefangen, die Algen zu zersetzen. Deutlich wurde dies durch einen stark verringerten Sauerstoffgehalt im Sediment unter den Algen. Der Meeresgrund in benachbarten algenfreien Bereichen war dagegen bis zu einer Tiefe von 80 Zentimetern durchlüftet und enthielt kaum pflanzliche Überreste. Dort, wo die Algen abgebaut wurden, schrumpfte die belüftete Zone aber in kurzer Zeit auf wenige Millimeter.

Doch woher stammen die großen Mengen Algen in der Tiefsee? Pflanzen können dort nicht wachsen, weil es kein Licht gibt. Fündig wurden die Forscher an der Unterseite der schmelzenden Eisschollen: Überall unter dem Meereis fanden sie Reste des Eisalgen-Aufwuchses. „Man weiß seit langem, dass Kieselalgen der Art Melosira arctica unter dem Eis lange Ketten bilden können. Allerdings war dies in solchem Umfang bisher nur für Küstenregionen und altes, dickes Meereis beschrieben“, so Boetius. Bereits in der Expeditionsplanung vor drei Jahren hatten die Forscher die Hypothese aufgestellt, dass diese Eisalgen unter den heutigen Bedingungen auch unter dem Eis der Zentralarktis schneller wachsen könnten. Und die jetzt im Fachmagazin Science veröffentlichten Beobachtungen stützen ihre Hypothese: Die Eisalgen waren mit 45 Prozent sogar für fast die Hälfte der Primärproduktion im Zentralarktischen Becken verantwortlich. Der Rest der Primärproduktion geht auf andere Kieselalgen (Diatomeen) und Kleinstalgen (Nanoplankton) zurück, die in den oberen Schichten der Wassersäule leben.

Absterbendes Phytoplankton sinkt nur sehr langsam durch die Wassersäule und wird dort zum Großteil gefressen. Die langen, von Melosira arctica gebildeten Algenketten verklumpen hingegen und sinken schnell zum Meeresboden. So exportierten sie im Untersuchungsjahr 2012 mehr als 85 Prozent des durch Primärproduktion gebundenen Kohlenstoffs von der Wasseroberfläche in die Tiefsee. Die Forscher vermuten, dass die Algen tatsächlich im selben Jahr gewachsen waren, denn sie fanden nur noch einjähriges Eis in der zentralen Arktis vor, und die Algen aus den Mägen der Seegurken konnten im Labor noch Photosynthese betreiben. Auch der gute Ernährungszustand der Seegurken belegte die hohe Nahrungsverfügbarkeit: Die russische Zoologin Dr. Antonina Rogacheva vom P.P. Shirshov Institute of Oceanology fand die Tiere größer als bisher bekannt und mit weit entwickelten Fortpflanzungsorganen – ein Hinweis darauf, dass sie seit etwa zwei Monaten reichlich gefressen hatten.

Warum Eisalgen bei den aktuellen Bedingungen so schnell unter dem arktischen Meereis gedeihen können, aber dann durch die Eisschmelze ihren Lebensraum verlieren, können die Meereisphysiker vom Alfred-Wegener-Institut erklären. Sie bestimmten die Eisdicke mit einer vom Hubschrauber geschleppten elektromagnetischen Sonde und Eisbohrungen. Zusätzlich setzten sie einen Unterwasserroboter (ROV) ein, um das Eis von unten zu betrachten und zu messen, wie viel Licht hindurch dringt. Hierzu erklärt AWI-Meereisphysiker Dr. Marcel Nicolaus: „Auch zum Ende des Sommers haben wir die Algen noch direkt unter dem Meereis gefunden und dank unserer ROV Messungen konnten wir auch deren Menge abschätzen. Vermehrt auftretende Schmelztümpel lassen mehr Licht durch das Eis dringen und erlauben so ein schnelleres Algenwachstum.“ (s. auch AWI-Pressemitteilung vom 15. Januar 2013: http://bit.ly/V1BwmJ). Durch das dünnere und wärmere Meereis schmelzen die Eisalgen dann aber auch schneller aus dem Eis aus und sinken ab.

„Wir konnten erstmals zeigen, dass die Erwärmung und die damit verbundenen physikalischen Veränderungen in der Arktis schnelle Reaktionen im gesamten Ökosystem bis in die Tiefsee hervorrufen“, resümiert Erstautorin Boetius. Die Tiefsee galt bisher als träges System, das erst mit erheblicher zeitlicher Verzögerung von der globalen Erwärmung betroffen sei. Dass mikrobielle Abbauprozesse am abgesunkenen Material aber auch in der Tiefsee innerhalb eines Jahres anoxische Flecken entstehen lassen, alarmiert die Forscherin: „Wir wissen noch nicht, ob wir ein einmaliges Phänomen beobachtet haben, oder sich das in den nächsten Jahren wiederholen wird.“ Aktuelle Vorhersagen gehen davon aus, dass ein eisfreier Sommer in der Arktis innerhalb der nächsten Jahrzehnte erreicht werden könnte. Boetius und Ihr Team warnen: „Wir verstehen die Funktion des arktischen Ökosystems mit seiner Biodiversität und Produktivität immer noch zu wenig, um abschätzen zu können, wie weitreichend die Veränderungen durch den schnellen Eisrückgang sind.“

Originalveröffentlichung:
Antje Boetius, Sebastian Albrecht, Karel Bakker, Christina Bienhold, Janine Felden, Mar Fernández-Méndez, Stefan Hendricks, Christian Katlein, Catherine Lalande, Thomas Krumpen, Marcel Nicolaus, Ilka Peeken, Ben Rabe, Antonina Rogacheva, Elena Rybakova, Raquel Somavilla, Frank Wenzhöfer, and the RV Polarstern ARK-XXVII/3-Shipboard Science Party: Export of algal biomass from the melting Arctic sea ice. Science Express, 14. Februar 2013. DOI: 10.1126/science.1231346 (Webseite wird nach Erlöschen der Sperrfrist frei geschaltet). [http://www.sciencemag.org/lookup/doi/10.1126/science.1231346]

Die Forschung wurde teilweise aus dem Advanced Investigator Grant ERC „Abyss“ des Europäischen Forschungsrates finanziert.

Beteiligte Institutionen:
Alfred Wegener Institute for Polar and Marine Research, 27515 Bremerhaven, Germany
Max Planck Institute for Marine Microbiology, 28359 Bremen, Germany
MARUM University Bremen, 28334 Bremen, Germany
FIELAX Gesellschaft für wiss. Datenverarbeitung mbH, 27568 Bremerhaven, Germany
NIOZ Royal Netherlands Institute for Sea Research, 1790 AB Den Burg, The Netherlands
P.P. Shirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of Sciences, 117997 Moscow, Russia
Die komplette Liste der Institutionen, die an der Polarstern-Expedition ARK-XXVII/3 teilgenommen und zur Veröffentlichung beigetragen haben, finden Sie in der Science-Publikation.

Klimawandel: Sich schnell ausbreitende Foraminiferen könnten zukünftig Korallen als Riffbildner ablösen

Das Klima steigt und die Ozeane versauern, doch kleinen, schalentragenden Einzellern in den Ozeanen kommt diese Veränderung gerade recht. Denn die Foraminiferen breiten sich zurzeit bereits rasant aus – und könnten in Zukunft Korallen als Kalkbildner ablösen. Das zeigt die Studie eines internationalen Forscherteams. Die von Kalkschalen umhüllten Winzlinge könnten damit zukünftig auch einen wichtigen Beitrag dazu leisten, Küsten zu stabilisieren und gegen den Meeresspiegelanstieg zu schützen, berichten die Forscher im Fachmagazin „PLOS ONE“.

Nach Ansicht der Forscher könnten daher in Zukunft Massenvorkommen von Foraminiferen den tropischen Meeresgrund prägen. Dafür gibt es auch zahlreiche Belege aus der Vergangenheit, zumal die Kalk-Einzeller die Ozeane bereits seit rund 600 Millionen Jahren besiedeln. „Der Fossilbericht zeigt: Immer wenn in der Erdgeschichte der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre erheblich höher und die Ozeane deutlich wärmer waren, sind Foraminiferen die häufigsten Kalkproduzenten in den Riffen gewesen“, sagt Langer. Die winzigen Kalk-Einzeller können damit absehbar auch einen Teil der Schäden durch den Klimawandel wieder wettmachen. Bereits heute klagen Inselstaaten über den ansteigenden Meeresspiegel und zunehmende Schäden an ihren Küsten. „Amphisteginen und andere Foraminiferen werden sich in den nächsten Jahrzehnten rasch ausbreiten und die Küsten und Riffe durch ihre hohe Kalkproduktion stabilisieren“, so der Forscher.

Quelle und mehr: http://scinexx.de/newsletter-wissen-aktuell-15548-2013-02-07.html

Wissenschaft sucht Hilfe durch freiwillige Mitarbeiter

Software kann heutzutage vieles, aber (gottseidank) nicht alles. Daher werden zunehmend „Normalbürger“ am heimischen PC als Unterstützung von wissenschaftlern gesucht und eingesetzt. Unten zwei Möglichkeiten. Bei Sci Starter gibt es oben links die Möglichkeit, sich ein Projekt oder einen Themenbereich auszuwählen. Digital Fishers ist eine Unterstützung des NEPTUNE Canada observatory bei der Tiefseeforschung

Sci Starter is a directory of citizen science projects around the world – scientists are looking for data, and they’re asking everyone to help out. Some projects require you to buckle up your bootstraps and head out into the field, while other projects (my kind of research) let you curl up with your coffee and laptop.

Digital Fishers is one such project that lets you do science from the comfort of your desk – computer algorithms can’t analyze video footage very accurately, so researchers employ citizen scientists to watch 15-second clips and answer basic questionnaires….

Source: http://deepseanews.com/2013/01/tgif-procrastinate-watch-deep-sea-videos-help-science/

Hai-Tracking: Mein Freund, der Hai

Kaum ein Tier flößt uns mehr Angst ein als der Hai. Dabei geht vom Menschen eindeutig mehr Gefahr aus. Besonders die großen Haiarten gelten als akut bedroht. Naturschützer werben um Sympathien für die Räuber der Meere – mit Tracker-Systemen, mit denen man ihre Wege live verfolgen kann.

Größte Popularität genießt inzwischen die Tracker-Seite von Ocearch, über die man nicht nur zahlreiche Informationen über die beobachteten Haie abrufen kann, sondern auch ihre Wege in Echtzeit verfolgen. Das schafft Ansatzpunkte für die Identifikation mit den Großfischen.

Quelle und vollständiger Artikel:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/online-tracking-systeme-beobachten-weisse-haie-in-echtzeit-a-879811.html

Forscher erteilen Ozeandüngung eine Absage


Hamburg – Im Kampf gegen den Klimawandel hoffen manche auf das sogenannte Geo-Engineering. Forscher des Alfred-Wegener-Instituts (AWI) für Polar- und Meeresforschung in Bremerhaven haben sich nun gegen ein Verfahren ausgesprochen, durch das die Ozeane mehr Kohlendioxid aufnehmen sollen.

Das Auflösen des Minerals Olivin im Wasser soll theoretisch der Ozeanversauerung entgegen wirken und gleichzeitig dafür sorgen, dass in den Meeren mehr CO2 gebunden wird. Olivin ist ein silikathaltiges, kohlenstofffreies Gestein. Die AWI-Forscher untersuchten, welche Auswirkungen die Methode auf die chemische Zusammensetzung des Wassers und die Meereslebewesen hat.

Ihr Ergebnis: Das Wasser kann zwar tatsächlich deutlich mehr Kohlendioxid aufnehmen, und gleichzeitig wachsen Kieselalgen stärker. Der Aufwand für diesen Eingriff mit Olivin wäre jedoch immens, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Environmental Research Letters“ berichten.

2009 hatten Forscher des AWI die Düngung des Meeres mit Eisen untersucht, das ebenfalls das Algenwachstum verstärkt. Das Experiment im Südatlantik war auf Kritik bei Umweltschützern gestoßen. Die Ergebnisse des Versuchs waren jedoch enttäuschend. Die Algen holten nur wenig CO2 aus der Atmosphäre. …

Quelle und vollständiger Artikel:
http://www.spiegel.de/wissenschaft/natur/geo-engineering-olivin-duengung-der-meere-ist-keine-loesung-a-879016.html

Minamata Konvention der UN gegen Quecksilber-Verschmutzung

Staatengemeinschaft beschließt weltweite Quecksilberkonvention
Erfolgreicher Abschluss der fünften Verhandlungsrunde

In Genf ist die fünfte und letzte internationale Verhandlungsrunde für eine Quecksilberkonvention zu Ende gegangen. Hierzu trafen sich rund 900 Delegierte aus über 140 Staaten. Das Mandat für die Erarbeitung dieser Konvention erteilte der Verwaltungsrat des Umweltprogramms der Vereinten Nationen im Februar 2009. Nach knapp vier Jahren ist es gelungen, ein anspruchsvolles, weltweit bindendes Instrument zur Reduzierung der Verwendung von anthropogenem Quecksilber und zur Minderung der gefährlichen Quecksilberemission zu beschließen.

Das Schwermetall Quecksilber wird insbesondere über die Luft global in der Umwelt verbreitet. Es wird außerdem durch Einträge in Flüsse und Meere in die Nahrungskette eingeleitet. Besonders in Entwicklungsländern sind Menschen betroffen, z.B. durch den Verzehr von Fisch. Aber auch in Europa ist die Bevölkerung diesen Quecksilberemissionen ausgesetzt. Die mögliche Schädigung des Nerven-, Atmungs- und Verdauungssystems beim Menschen, besonders bei Kindern, schon durch kleinste Mengen des Schwermetalls, macht daher diese weltweite Konvention erforderlich.

Die ausgearbeitete Konvention enthält Elemente zur Minderung der Gefahren durch Quecksilberemissionen in den Bereichen des Handels und der Versorgung mit Quecksilber, der Quecksilberemissionen in Produkten, aus Industrieprozessen und -anlagen. Auch wird die Behandlung des Quecksilbers als Abfall und bei der Lagerung geregelt. Darüber hinaus enthält die Konvention Maßnahmen für den kleinformatigen Goldbergbau zum Schutz der Arbeiter. Anders als in anderen Chemikalienkonventionen, ist der Staatengemeinschaft eine Einigung über die Einrichtung eines Überprüfungsausschusses gelungen, der die Umsetzung und Einhaltung der Konvention überwachen soll. Er wird mit dem Inkrafttreten des Quecksilberübereinkommens arbeitsfähig sein.

Die Konvention bedeutet zwar keinen kompletten Quecksilber-Ausstieg in allen Bereichen, sie stellt aber einen bedeutenden Schritt zur Minderung der Belastung von Umwelt und Gesundheit vor gefährlichen Quecksilberemissionen dar. Sie tritt in Kraft, nachdem 50 Staaten ratifiziert haben. Ab dem Zeitpunkt der Ratifizierung dürfen dann auch keine neuen Quecksilberminen mehr geöffnet werden. Die Konvention soll den Namen ´Minamata Konvention´ tragen und dazu im Oktober 2013 in Japan von möglichst vielen Ländern gezeichnet werden. Sie ruft den schweren Quecksilberunfall in den 50er Jahren in Japan in Erinnerung und soll dazu beitragen, dass sich ein solches Ereignis weltweit nicht wiederholen kann.

Weitere Informationen:
http://www.bmu.de/chemikalien

„Küsten-Aale“ häufig fitter und gesünder als „Süßwasser-Aale“


Erwachsener Aal (Foto: Thünen-Institut)

„Küsten-Aale“ häufig fitter und gesünder als „Süßwasser-Aale“
Wahl des Lebensraums entscheidet beim Aal über den Fortpflanzungserfolg

Aale, die in Flüssen und Seen leben, haben eine geringere Chance sich fortzupflanzen als ihre Artgenossen, die in Küstengewässern schwimmen. Das haben Wissenschaftler des Thünen-Instituts für Fischereiökologie in Hamburg und der University of Prince Edward Island in Charlottetown, Canada, herausgefunden und im Journal of Sea Research publiziert.

Der als gefährdet eingestufte Europäische Aal (Anguilla anguilla) besiedelt während seiner Wachstumsphase sowohl Küsten- als auch Binnengewässer und zeigt eine ausgeprägte Anpassungsfähigkeit an unterschiedliche Lebensräume. Erst nach etwa 5 – 20 Jahren verlässt er die kontinentalen Gewässer, um zu seinem Laichgebiet in der Sargassosee (Westatlantik) zurückzukehren. Um die dafür erforderliche Schwimmstrecke von bis zu 7.000 km zu bewältigen, müssen die Aale über ausreichend Energiereserven und einen guten Gesundheitszustand verfügen.

Allerdings war bis heute ungeklärt, ob und inwieweit die Besiedlung unterschiedlicher Lebensräume die allgemeine Fitness und damit vermutlich auch den Fortpflanzungserfolg der Fische beeinflusst. Die jetzt im Journal of Sea Research erschienene Studie zeigt, dass Aale, die ihre Wachstumsphase ausschließlich im Süßwasser verbringen, deutlich geringere Energiereserven gespeichert haben als Aale aus Küstengewässern. Gleichzeitig konnte bei „Süßwasser-Aalen“ ein stark erhöhter Befall mit dem aus Asien eingeschleppten Parasiten Anguillicoloides crassus festgestellt werden, einem Fadenwurm, der die Schwimmblasen von Aalen befällt und die Tiere erheblich schwächt.

Für ihre Studie untersuchten die Wissenschaftler die Zusammensetzung der Spurenelemente kleiner Kalkgebilde, sogenannter Otolithen, aus dem Innenohr der Aale. Damit konnten sie deren individuelle Lebensgeschichte hinsichtlich ihres Wanderverhaltens zwischen Gewässertypen unterschiedlicher Salzgehalte nachzeichnen. Schließlich wurden Fettgehalt und Parasitierung mit den verschiedenen Wandermustern in Beziehung gesetzt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Wahl des Lebensraumes durchaus darüber entscheiden kann, ob ein Aal in der Lage ist, sich erfolgreich fortzupflanzen.

Das ist besonders in Hinblick auf die in Europa weit verbreiteten Besatzmaßnahmen von Binnengewässern mit wild gefangenen Jungaalen von Interesse. Diese oftmals als bestandserhaltene Maßnahme deklarierte Praxis sieht gewöhnlich vor, Jungaale aus Küstengewässern zu entnehmen, um sie dann in oft weit entfernte Binnengewässer zu überführen. Die Autoren zweifeln in ihrer Untersuchung den Nutzen dieser Praxis an, zumal bisher nicht gezeigt werden konnte, dass sich daraus ein positiver Netto-Effekt für den Gesamtbestand des Aals ergibt.

Ansprechpartner:
Dr. Reinhold Hanel
Thünen-Institut für Fischereiökologie, Hamburg
Tel.: 040 38905-291
Mail: reinhold.hanel@ti.bund.de

Titel der Publikation:
Marohn, L., E. Jakob, R. Hanel: Implications of facultative catadromy in Anguilla anguilla. Does individual migratory behavior influence eel spawner quality? Journal of Sea Research (2012), http://dx.doi.org/10.1016/j.seares.2012.10.006

Forscher bergen ältestes Meeresraubtier

 

Illustration: Raul Martin, National Geographic

Forscher bergen ältestes Meeresraubtier

Ein internationales Wissenschaftler-Team hat einen riesigen fossilen Meeresräuber in Nevada (USA) geborgen, der wie ein Monster über andere Fischechsen und sonstige Meeresreptilien herfiel. Der Ichthyosaurier Thalattoarchon saurophagis jagte mit seinen scharfen Reißzähnen vor rund 244 Millionen Jahren. Mit 8,6 Meter Länge ist er der wohl größte Meeresräuber seiner Zeit. Mit Unterstützung der National Geographic Society konnte die aufwändige Bergung durchgeführt werden. Der Ichthyosaurier wird nun in der Zeitschrift „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS) diese Woche online publiziert.

Völlig unerwartet entdeckte im Juli 1998 ein Forscher-Team unter Führung von Prof. Dr. Martin Sander vom Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie der Universität Bonn in den abgelegenen Augusta Mountains in Nevada (USA) direkt neben einem schmalen, von Wildpferden ausgetretenen Pfad ein ungewöhnliches Fossil. „Es war sofort klar, dass es sich um einen Ichthyosaurier – also einen Fischsaurier – handeln musste. Auffallend waren aber die für Ichthyosaurier ungewöhnlichen scharfen Reißzähne“, berichtet Prof. Dr. Martin Sander. Erhalten sind der Schädel bis auf die verwitterte Schnauze, Teile der Flossen und die Wirbelsäule bis zur Schwanzspitze. Die Bergung des rund 244 Millionen Jahre alten und 8,6 Meter langen Ichthyosauriers war jedoch so aufwendig, dass sie erst 2008 mit Unterstützung der National Geographic Society durch Bonner Forscher durchgeführt werden konnte. Der Transport erfolgte mit Helikopter und Lastwagen.

Größter Meeresräuber seiner Zeit

Nun ist der Ichthyosaurier mit dem Namen Thalattoarchon saurophagis – zu deutsch „saurierfressender Meeresherrscher“ – wissenschaftlich beschrieben. Prof. Sander koordinierte die Auswertung und Verwandtschaftsanalyse des Fundes. „Die Fischechse war wohl der größte Meeresräuber seiner Zeit, der vor allem andere Ichthyosaurier jagte“, sagt er. Dem Fossil vergleichbar ist nur der Himalayasaurus, der jedoch erst 20 Millionen Jahre später auftrat und der deutlich schlechter erhalten ist. Damit ist der Neufund der geologisch älteste Beleg für ein von Landtieren abstammendes Meeresraubtier und der früheste Vertreter dieser Lebensweise.

Bedeutendes Beispiel für das rasche Fortschreiten der Evolution

Bei den Ichthyosauriern handelt es sich um Reptilien aus dem Erdmittelalter, die von Landwirbeltieren abstammen und sich an das Leben im Meer angepasst haben. Mit zahlreichen Arten dominierten sie 160 Millionen Jahre die Meere und ernährten sich weitgehend von Fischen, Tintenfischen und Muscheln. Nur Thalattoarchon saurophagis hatte eine Vorliebe für andere Ichthyosaurier. Die Fischechsen starben vor 93 Millionen Jahren aus. Der nun beschriebene Ichthyosaurier ist ein bedeutendes Beispiel, wie schnell die Evolution fortschreitet. Vor rund 252 Millionen Jahren kam es zu einer globalen Katastrophe, bei der ein Großteil des Lebens an Land und in den Ozeanen ausgelöscht wurde. Nur rund acht Millionen Jahre nach diesem Artensterben tauchte Thalattoarchon saurophagis auf und zeigt damit an, dass zu dieser frühen Zeit schon ein im Prinzip modernes Nahrungsnetz entstanden war.

Rasche Erholung von der globalen Katastrophe

„Es ist überraschend, wie schnell sich die Lebewelt von der globalen Katastrophe erholt hat“, sagt der Paläontologe der Universität Bonn, der das erstaunliche Fossil nun zusammen mit seinen früheren Studenten Dr. Nadia B. Fröbisch, Prof. Dr. Jörg Fröbisch (beide vom Museum für Naturkunde Berlin) und Prof. Dr. Lars Schmitz (W.M. Keck Science Department, Claremont McKenna, Pitzer, and Scripps Colleges, Claremont, USA) sowie seinem Doktorvater Dr. Olivier Rieppel (The Field Museum, Chicago, USA) beschrieben hat. Das Fossil wurde am Field Museum in Chicago aus dem Gestein freigelegt und befindet sich nun in der dortigen Sammlung.

Rollenwechsel im Nahrungsnetz

Das damalige Meeresökosystem ist nach den Erkenntnissen der Wissenschaftler bereits überraschend modern gewesen: Die Nahrungsnetze ähneln ganz erstaunlich den heutigen. Ganz oben in der Nahrungspyramide stand Thalattoarchon saurophagis, der auf die Jagd von Fischfressern spezialisiert war. Prof. Sander: „Die Rollenbesetzungen haben sich geändert. Die Funktion dieses Ichthyosauriers wird heute von Killerwalen übernommen – wie etwa dem Orka, der die gleiche Größe erreicht. Zur Zeit der Dinosaurier wurde die Rolle dagegen durch Paddelechsen und Mosasaurier gespielt “

Publikation: A macropredatory ichthyosaur form the Middle Triassic and the origin of modern trophic networks, „Proceedings of the National Academy of Sciences“ (PNAS), DOI: 10.1073/pnas.1216750110

Kontakt:

Prof. Dr. Martin Sander
Steinmann-Institut für Geologie, Mineralogie und Paläontologie
Tel. 0228/733105
E-Mail: martin.sander@uni-bonn.de

Alge des Jahres 2013: Lingulodinium polyedrum lässt das Meer leuchten

Im September 2011 ließen Massen des Einzellers Lingulodinium polyedrum die Wellen vor der Küste Kaliforniens nahe San Diego blau aufleuchten
© Mit freundlicher Genehmigung von Prof. em. Christopher J. Wills, University of California, San Diego.

Alge des Jahres 2013: Lingulodinium polyedrum lässt das Meer leuchten

Algenforscher haben den Einzeller Lingulodinium polyedrum zur Alge des Jahres gewählt.
Der mit einem Panzer und zwei Geißeln ausgestattete Dinoflagellat fasziniert nicht nur die Forschenden sondern auch Skipper und Strandgänger, weil er sich unter bestimmten Bedingungen massenhaft vermehren und nachts das Meer blau leuchten lassen kann. Die Wissenschaftler, die den Dinoflagellaten auswählten und in der Sektion Phykologie der Deutschen Botanischen Gesellschaft organisiert sind, wollen damit eine Algenart würdigen, deren Leuchtfähigkeit fasziniert, einen ausgeprägten Tag-Nacht-Rhythmus hat und als Sensor genutzt wird, wie PD Dr. Mona Hoppenrath vom Deutschen Zentrum für marine Biodiversitätsforschung DZMB bei Senckenberg am Meer in Wilhelmshaven ausführt.

Lingulodinium polyedrum bildet Panzerplatten aus, die in der elektronenmikroskopischen Aufnahme sichtbar werden. Die Zellen haben eine Länge von 35-55 µm.
© Mona Hoppenrath, Senckenberg am Meer, DZMB – Deutsches Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung

 

Schwimmt im Phytoplankton

Lingulodinium polyedrum gewinnt seine Energie wie Pflanzen durch Photosynthese und lebt deshalb in den lichtdurchfluteten oberen Schichten temperierter und warmer Meere. Wie alle Dinoflagellaten hat Lingulodinium zwei Geißeln, mit denen er sich im Wasser fortbewegt. Eine der beiden Geißeln treibt ihn mit Wellenbewegungen an, sodass sein Körper rotiert. So kam die Art zu ihrem Namen, da „dineo“ sich drehen oder wirbeln bedeutet. Nachts wandern Dinoflagellaten um sich rotierend mehrere Meter in die Tiefe, wo sie Nährstoffe aufnehmen, wie etwa Nitrat. Sind genügend Nährstoffe vorhanden, und hat das Meer eine für sie optimale Temperatur, kann sich der Flagellat massenhaft vermehren. Wie viele Dinoflagellaten ist Lingulodinium außen von einer Hülle aus stabilen Platten geschützt, weshalb diese Lebewesen im deutschen Sprachraum oft als „Panzergeißler“ bezeichnet werden. In unseren Breiten machen Dinoflagellaten gemeinsam mit Kieselalgen den Hauptteil des pflanzlichen Planktons aus. Unter für sie günstigen Bedingungen können sich Dinoflagellaten massenhaft vermehren und dann das Meer rötlich, orange oder braun färben, je nach den in ihnen enthaltenen Farbstoffen.

 

Wie der Dinoflagellat das Meer färbt
Lingulodinium polyedrum ist einer der wenigen Dinoflagellaten, die mit einer biochemischen Reaktion in ihrem Inneren blaues Licht erzeugen können. Dieses Biolumineszenz genannte Phänomen bewerkstelligt der Einzeller in winzigen, abgeschlossenen, organartigen Abteilen in seinen Zellen, den sogenannten Szintillonen, die das dazu notwendige Enzym und ein Binde-Eiweiß für das Substrat enthalten. Lingulodinium erzeugt blaue Lichtblitze, wenn Scherbewegungen an ihm rütteln oder die Zellen aufgebrochen werden und glimmt, besonders gegen Ende der Nacht. Werden mehrere Millionen Zellen gleichzeitig geschüttelt, etwa durch Boote oder sich brechende Wellen, verschwimmen Lichtblitze und Glimmen der einzelnen Zellen zu einem Leuchten. Das ist besonders gut an manchen Küsten während der Nacht zu beobachten. In unserer Region tritt das Phänomen im Sommer vor der Küste Helgolands auf, wo es allerdings von dem Dinoflagellaten Noctiluca erzeugt wird. An nordeuropäischen Küsten ist aufgrund des kühlen Klimas dagegen kaum mit einer Massenvermehrung von Lingulodinium zu rechnen.

 

Leuchten zur Feindabwehr?
Noch ist nicht endgültig geklärt, warum Lingulodinium polyedrum nachts überhaupt leuchtet. Einer bislang nicht widerlegten Hypothese zufolge locken die Dinoflagellaten damit Raubtiere an, die die sie selbst bedrohenden Feinde auffressen. „Versuche zeigten, dass Fische, die Räuber von Dinoflagellaten beispielsweise kleine Krebse fressen, in der Nacht effektiver jagen, wenn die Dinoflagellaten leuchten. Dies wird als „burglar alarm“ Hypothese, also als eine Art Alarmanlagenfunktion diskutiert“ erklärt Hoppenrath, die bereits 21 neue Arten der weltweit etwa 2000-2500 vorkommenden Arten von Dinoflagellaten erstmals beschrieben und mit einem Namen versehen hat. „Es ist wichtig, die einzelnen Arten zu benennen und wissenschaftlich exakt zu beschreiben, weil das die Grundlage für viele wissenschaftliche wie angewandte Disziplinen ist. Das ist wichtig für Ökosystem- oder Biodiversitätsforscher, für Evolutionsbiologen und für Menschen im Fischereiwesen“, fasst die auf die Klassifikation (Taxonomie) von Dinoflagellaten spezialisierte Biologin ihre Arbeit zusammen.

 

Mehr interdisziplinäre Forschung ist notwendig
Lingulodinium polyedrum wird mit Substanzen in Verbindung gebracht, die auch von anderen Panzergeißlern bekannt sind. Vermutlich ist er in der Lage, die als Yessotoxin und Saxitoxin bezeichneten Stoffe herzustellen, die in der Lebensmittelsicherheit eine Rolle spielen. Für den Menschen werden sie dann bedenklich, wenn sie in der Nahrungskette angereichert werden. Damit Menschen keine zu großen Mengen davon aufnehmen, weil sie Schalentiere wie Muscheln oder Krebse essen, die das Meerwasser filtrieren und diese Substanzen daher im Laufe ihres Lebens anreichern, hat die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) 2009 Grenzwerte für den Verzehr von Schalentierfleisch festgelegt. In welchen Mengen Lingulodinium polyedrum die beiden Stoffe produziert, ist aber bislang nicht exakt bestimmt. Da aber nie ganz auszuschließen ist, ob sich nicht auch andere, bedenklichere Organismen in den leuchtenden Wellen befinden, sollte Vorsicht beim Baden walten. Denn andere Arten von Dinoflagellaten können durchaus relevante Mengen Toxine produzieren, die dem Menschen auch ohne Verzehr gefährlich werden können. Daher sei es so wichtig, Dinoflagellaten genau zu klassifizieren, betont Hoppenrath. Zur weiteren Forschung sollten nicht nur Toxikologen oder Ernährungsforscher, sondern auch auf die Verwandtschaftsverhältnisse (Taxonomie) spezialisierte Biologen beitragen.

 

Lingulodinium hat ein Nachtleben
Für Lingulodinium polyedrum interessieren sich auch andere Forscher, weil er einem ausgeprägten Tag-Nacht-Rhythmus folgt. Das Meeresleuchten entsteht hauptsächlich nachts. „In der Nacht gibt es eine viel größere Anzahl von Szintillonen als am Tag. Diese enthalten die nachts auch vermehrt vorkommenden Eiweiße, die an der biolumineszenten Reaktion beteiligt sind, “, führt Professorin Dr. Maria Mittag aus, die den Regulatiosmechanismus eines dieser Eiweiße des Tag-Nacht-Rhythmus an Lingulodinium polyedrum erforschte, als dieser noch den wissenschaftlichen Namen Gonyaulax polyedra trug. Auch die Wanderung von den oberen Meeresschichten in die Tiefe werde bei Lingulodinium polyedrum von seiner inneren Uhr gesteuert. „Interessanterweise ist die Periode des Biolumineszenz-Rhythmus bei Lingulodinium aber etwas kleiner als 24 Stunden, im Gegensatz zum Menschen, bei dem der Schlaf-Wach-Rhythmus – ohne die tägliche Justierung durch den Wechsel von Sonne und Nacht- bei etwa 25 Stunden liegt“, erklärt Professorin Mittag.

 

Lingulodinium polyedrum fasziniert Biologen, weil er noch einige genetische Geheimnisse birgt. Bislang weiß niemand genau, warum dieser winzige Organismus viel mehr Erbsubstanz enthält, als der sehr viel größere Mensch oder warum die Gene für manche Eiweiße in tausenden von Kopien vorkommen, wie etwa die des genannten Bindeproteins oder das des Farbstoffes Peridinin, der ihm seine orange-braune Farbe verleiht. Die vielen Kopien erschweren es auch, ihn wissenschaftlich zu untersuchen, um etwa molekularbiologische Prozesse zu enträtseln.

 

Nutzung als Sensor
Wegen seiner Leuchtfähigkeit kann der Panzergeißler Lingulodinium polyedrum auch zum Messen von Giften und / oder neuen Wirkstoffen genutzt werden. Beispielsweise kann bei toxischen Substanzen der Zeitpunkt bestimmt werden, ab wann die meisten Lingulodinium-Zellen absterben und zerfallen, was am stärkeren Aufleuchten zu erkennen ist. Zum anderen können Lingulodinium-Zellen als Sensor für Versuche über Zellstress dienen, der sich ebenfalls über die Biolumineszenz messen lässt. „Als Testsystem eignet sich Lingulodinium besonders gut, weil er sich recht gut kultivieren lässt, weil schon einiges über ihn bekannt ist und die Biolumineszenz automatisiert zu messen ist“, erklärt Hoppenrath. „Außerdem kann mit diesem Einzeller die Zahl von Tierversuchen, mit denen sonst solche Erkenntnisse gewonnen werden, vermindert werden“.

Die Pressemitteilung findet ihr hier

Sektion Phykologie der Deutschen Botanischen Gesellschaft (DBG): https://dbg-phykologie.de

Kontakt
PD Dr. Mona Hoppenrath
Senckenberg am Meer
DZMB – Deutsches Zentrum für Marine Biodiversitätsforschung
Südstrand 44
D-26382 Wilhelmshaven
Web: www.senckenberg.de/mhoppenrath/
Tel.: ++49 (0)4421 – 9475-116 (Büro)
oder ++49 (0)4421 – 9475-117 (Labor)
E-Mail: mhoppenrath@senckenberg.de

Dr. Regine Jahn
Freie Universität Berlin,
Königin-Luise-Straße 6-8,
D-14195 Berlin
Web: https://www.bgbm.org/de/personal/dr-regine-jahn
Tel.: ++49 (0)30 – 838-50142
E-Mail: r.jahn@bgbm.org

Prof. Dr. Maria Mittag
Institut für Allgemeine Botanik und Pflanzenphysiologie, Friedrich-Schiller Universität Jena,
Am Planetarium 1,
D-07743 Jena
Web: http://www.mastermls.uni-jena.de/index.php/de/lehrende/33-maria-mittag
Tel.: ++49 (0)3641 – 949 201

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