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1 Mit den Meeren leben – ein Bericht über den Zustand der Weltmeere

Systeme im Stress

Biologische Systeme im Stress

> Grundsätzlich sind Lebewesen gut an natürliche Bedingungsschwankungen in ihrer Umwelt angepasst. Sie ertragen für begrenzte Zeit sogar extreme Situationen. Der Klimawandel aber verändert manche Lebensräume so stark, dass für viele Arten der Stress zu groß wird. Kommen mehrere ungünstige Faktoren zusammen, können diese in der Summe sogar zum Aussterben von Arten führen.

Lebensräume verändern ihr Gesicht

Nicht nur Menschen können gestresst sein. Auch marine Pflanzen und Tiere geraten durch sogenannte Stressoren unter Druck – durch veränderte Bedingungen in ihrem Lebensraum. Stress gab es schon immer. Durch den Klimawandel aber nimmt er seit einigen Jahren ganz offensichtlich zu. Manchmal wird Stress schon durch einzelne Stressoren ausgelöst. Im Meer kann das beispielsweise eine durch Stürme verstärkte Sedimentation sein, die die Bodenlebewesen bedeckt, oder ein durch Algenblüten bewirkter Lichtmangel in tieferen Wasserschichten. Der Klimawandel fördert aber unerwünschterweise oftmals mehrere Stressoren gleichzeitig: Er verursacht „multiplen Stress“. So können an einem Standort zugleich die Temperatur, das Lichtangebot und der pH-Wert aus dem für die Lebewesen optimalen Bereich driften. Mitunter wirken auch aus fremden Regionen eingeschleppte Arten als Stressoren – als Fraßfeind, Krankheitserreger oder Nahrungskonkurrent. Er­schwe­rend kommt hinzu, dass die verschiedenen Stressoren nicht immer unabhängig voneinander wirken, sondern sich in manchen Fällen aufsummieren oder gar verstärken. Nicht immer führt das gleich zum Tod. In vielen Fällen beeinträchtigen die Stressoren vorerst nur die Leistungsfähigkeit eines Organismus. Dadurch verändern sich die Interaktionen des geschwächten Lebewesens mit seiner Umwelt, mit Fraßfeinden, Parasiten, Konkurrenten, Krankheitserregern oder Reproduktionspartnern. Diese Effekte können die oben beschriebene sogenannte Primärwirkung der Stressoren, beispielsweise durch Lichtmangel erzeugten Stress, deutlich übertreffen. Am weiter unten gezeigten Beispiel des Blasentangs werden diese Zusammenhänge verdeutlicht.

Zusatzinfo Wie Stress entsteht und wie er wirkt

Zu viele Umweltveränderungen auf einmal

Zu den häufigsten Stressoren, die im Zuge des Klimawandels verstärkt auftreten und auf marine Ökosysteme wirken, gehören:
  • die allmähliche Versauerung des Meerwassers und damit einhergehend eine mögliche Beeinträchtigung von
    Kalzifizierungsprozessen, der Kalkbildung bei Meeresorganismen;
  • die Erwärmung des Meerwassers und die damit verbundenen Sekundäreffekte wie etwa eine stärkere Schichtung des Wassers, die Erhöhung von Stoffwechselraten der Organismen oder die Veränderungen von Löslichkeitskonstanten und damit der Menge von bestimmten im Wasser gelösten Substanzen wie etwa Gasen oder Karbonaten;
  • die Aussüßung oder Versalzung in Randmeeren und die damit einhergehende Beeinträchtigung des Ionenhaushalts lebender Zellen;
  • die Eutrophierung, das heißt die übermäßige Anreicherung des Wassers mit Nährstoffen,
    und andere Arten der chemischen Verschmutzung des Meerwassers. So erwarten Klimaforscher für weite Bereiche des Ostseeraums künftig erhöhte Niederschlagsraten. Mit dem zunehmenden Regen würde dann verstärkt Dünger aus der Landwirtschaft ins Meer gelangen;
  • die Veränderungen von küstennahen Strömungs- und Sedimentationsprozessen durch menschliche Baumaßnahmen,
    die zum Teil Folge des Klimawandels und des steigenden Meeresspiegels sind. Dazu zählen Häfen, Wellenbrecher oder Deiche;
  • die Ausbreitung exotischer Arten in neue Lebensräume.
    Es ist zu erwarten, dass sich als Folge des multiplen Stresses die Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften verändert. Außerdem könnten sich geographische Verbreitungszonen verschieben, sodass Arten in ihren angestammten Heimatgebieten aussterben. Denkbar ist auch, dass sich exotische Spezies in fremden Regionen neu etablieren.

Der Blasentang – eine Spezies im Dauerstress

Der Blasentang, Fucus vesiculosus, ist eine Großalge der gemäßigten Breiten, die in der Nord- und Ostsee häufig vorkommt. Er besiedelt vor allem die Gezeitenzone, ist aber auch gelegentlich bis in 12 oder gar 15 Metern Tiefe anzutreffen. Der Blasentang erfüllt eine Reihe wichtiger Aufgaben im Ökosystem. Er ist zugleich Nahrungsquelle für verschiedene Organismen und wichtiger Sauerstofflieferant. Er bietet Jungtieren Schutz und dient diversen Spezies als Substrat, auf dem sie sich ansiedeln. In den vergangenen vier Jahrzehnten ist sein Bestand in der westlichen Ostsee um mehr als 90 Prozent zurückgegangen, in vielen Gebieten kommt er nicht mehr bis in 12, sondern nur noch bis in 3 Metern Tiefe vor. Lange hat man den Schwund in der Tiefe auf den Umweltstressor Eutrophierung zurückgeführt. Man vermutete, dass der Nährstoffüberschuss im Wasser zu dichteren Planktonblüten führt, sodass weniger Licht bis zum Meeresgrund dringt. Man nahm ferner an, dass Lichtmangel, wie er während einer Planktonblüte am Meeresboden herrscht, die Verteidigungsfähigkeit des Blasentangs gegen Fraßfeinde einschränkt. Zudem sieht es so aus, als könne sich der Blasentang mit abnehmendem Licht schlechter gegen Bakterien zur Wehr setzen.
Doch diese Erklärung ist unzureichend, da der Blasentang erstens Energie speichern kann und so auch dunklere Zeiten übersteht, zweitens auch noch bei sehr niedrigem Lichtangebot wächst. Selbst wenn man berücksichtigt, dass durch die Eutrophierung verstärkt Organismen wie zum Beispiel Mikroalgen auf der Blasentangoberfläche wachsen, was zu weiterer Licht- und Nahrungskonkurrenz zwischen Alge und Tang führt, müsste der Blasentang noch bis in 6 Metern Tiefe hinab wachsen können. Erst unterhalb dieser Marke wäre das durch Lichtmangel und Nahrungskonkurrenz verursachte Energiedefizit so hoch, dass es für ihn tödlich wäre. Warum sich die Pflanze also bereits ab 3 Metern Tiefe rar macht, lässt sich damit nicht beantworten.
5.2 > Der Blasentang Fucus vesiculosus ist in Europa weit verbreitet. Durch den Klimawandel aber könnte er in manchen Gebieten aussterben.
5.2 > Der Blasentang Fucus vesiculosus ist in Europa weit verbreitet. Durch den Klimawandel aber könnte er in manchen Gebieten aussterben. © Laurie Campbell/NHPA/Photoshot/dpa Picture-Alliance
5.3 > Als Sprungschicht bezeichnet man die Trennungszone zwischen dem warmen, oberflächennahen Wasser und dem kalten Wasser in der Tiefe. Der Gradient ist ein Maß dafür, wie stark die Temperaturänderung zwischen warmem und kaltem Wasser an der Sprungschicht ist.

5.4 > Um 1960 kam der Blasentang in der westlichen Ostsee bis in 12 Metern Tiefe vor, 2009 nur noch bis in 3 Metern. Der durch Eutrophierung verursachte Lichtmangel trägt erheblich zum Schwund zwischen 6 und 12 Metern bei. Den Rückgang zwischen 3 und 6 Metern aber kann man damit nicht erklären.
5.3 > Als Sprungschicht bezeichnet man die Trennungszone zwischen dem warmen, oberflächennahen Wasser und dem kalten Wasser in der Tiefe. Der Gradient ist ein Maß dafür, wie stark die Temperaturänderung zwischen warmem und kaltem Wasser an der Sprungschicht ist. © maribus
5.4 > Um 1960 kam der Blasentang in der westlichen Ostsee bis in 12 Metern Tiefe vor, 2009 nur noch bis in 3 Metern. Der durch Eutrophierung verursachte Lichtmangel trägt erheblich zum Schwund zwischen 6 und 12 Metern bei. Den Rückgang zwischen 3 und 6 Metern aber kann man damit nicht erklären. © maribus (nach M. Wahl) Inzwischen geht man davon aus, dass der Schwund im relativ flachen Bereich zwischen 3 und 6 Metern folgende Ursachen hat: Zum einen führt die bereits heute messbare Erwärmung des Meerwassers dazu, dass mit steigender Stoffwechselrate die Fraßfeinde hungriger und der bakterielle Befall intensiver wird. Zudem beeinträchtigen schnelle Temperatursprünge in verschiedenen Wasser­tiefen die Verteidigungsfähigkeit gegen Angreifer. Gerade in der Tiefe um 4 bis 5 Meter befindet sich im Sommer oft eine Sprungschicht. Der damit einhergehende Temperatursprung über wenige Tiefenzenti­meter wird mit zunehmender Wassererwärmung schärfer. Schwappt eine solche Sprungschicht auf und ab, bedeutet dies für einen in dieser Tiefe wachsenden Blasentang schnelle und starke Temperaturschwankungen – und dadurch verringerte Verteidigungsfähigkeit.

In den vergangenen Jahren ist außerdem ein neuer biotischer Stressor hinzugekommen: die aus Südostasien eingeschleppte Rotalge Gracilaria vermiculophylla. Die An­-sprüche dieser Art an den Lebensraum ähneln stark denen des Blasentangs. Das Problem: Anders als der Blasentang kann sich die Rotalge ungeschlechtlich vermehren, was sie besonders reproduktiv macht. Darüber hinaus ist sie toleranter gegenüber Schwankungen der abiotischen Standortbedingungen und außerdem weniger attraktiv für Fraßfeinde. Mehr noch, die Fraßfeinde des Blasentangs nutzen die Rotalge als Schutzhabitat, in dem sie Zuflucht vor ihren Feinden finden. Problematisch ist auch, dass chemische Ausdünstungen von Gracilaria die Keimungsfähigkeit von Fucus-Eiern beeinträchtigen. Fucus ist also einer Vielzahl von Stressoren und deren direkten und indirekten Effekten ausgesetzt: Lichtreduk­tion, Besiedlungs- und Fraßdruck oder der Nahrungskonkurrenz durch Algen. Alles zusammen schwächt das Wachstum und die Keimung. Damit haben die Fucus-Bestände den Verlusten durch Fraß und Konkurrenz immer weniger entgegenzusetzen. Das Beispiel Fucus macht deutlich, dass die direkten Effekte des Klimawandels zunächst gering sein mögen. Durch die Veränderung der Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Organismen aber sind sie dennoch vernichtend. Textende