Muster des marinen Artenreichtums
Schlüsselfaktoren für die Verteilung des Lebens im Meer
Das Korallendreieck im westlichen Pazifik ist eine Meeresregion der Superlative. Die von Inseln gespickten Gewässer rund um die südostasiatischen Staaten Indonesien, Malaysia, Papua-Neuguinea, Philippinen, Timor-Leste und Salomonen gelten in mehreren Kategorien als die artenreichsten Lebensgemeinschaften des Ozeans. Hier siedeln nahezu 600 verschiedene Korallenarten und mehr Muschelarten als irgendwo sonst in den Weltmeeren. Fachleute kennen mehr als 2000 verschiedene Rifffischarten, von denen viele nur hier vorkommen. Außerdem leben im Korallendreieck mehr Haiarten, mehr Krustentiere sowie mehr Anemonen-, Großalgen- und Seescheidenarten als in jeder anderen Region des Weltozeans.
Warum aber ist ausgerechnet diese tropische Meeresregion in Südostasien artenreicher als jede andere? Welche Umweltfaktoren treiben das Leben im Meer an und entscheiden somit darüber, welche Einzeller-, Tier- und Pflanzenarten wo im Ozean in welcher Bestandsdichte vorkommen? Die Wissenschaft hat erste Erklärungsansätze und konnte diese in Experimenten und Messungen auch schon für viele Meeresbewohner belegen. Ob die angedachten Mechanismen jedoch für Vertreter tatsächlich aller bekannten Organismengruppen gelten, steht noch nicht fest.
- 2.1 > Terrassenförmig wachsen diese verschiedenen Steinkorallen im Korallendreieck. Ihre horizontale, fast schon tischähnliche Wuchsform hat den Vorteil, dass alle Polypen der Koralle ausreichend Sonnenlicht erhalten und mit ihren Tentakeln in der Wassersäule nach Zooplankton (Kleinstgetier) fischen können.
- Am besten verstanden ist die geografische Verbreitung der Tiere im Meer. Welche Art wo im Meer ansässig werden und ausreichend Nahrung finden kann, wird durch folgende Schlüsselfaktoren bestimmt:
- die Temperatur und die Verfügbarkeit von Sauerstoff,
- die Primärproduktion und damit das Gesamtangebot an Nahrung in einem Lebensraum sowie
- die Komplexität des marinen Lebensraums (diese Kategorie umfasst Parameter wie die Struktur des Lebensraums, die lokalen Strömungsverhältnisse, aber auch die Interaktionen zwischen den Arten).
- 2.2 > Je komplexer ein Meeresorganismus aufgebaut ist, desto geringer ist zumeist die Maximaltemperatur, bei der er noch wachsen kann. Aus diesem Grund können einfach gebaute Einzeller wie Bakterien oder Archaeen auch an oder in heißen Quellen überleben, komplexere Tiere wie Fische jedoch nicht.
Temperatur und Sauerstoff
Die Umgebungstemperatur ist die größte Triebkraft des Artenreichtums, denn alle Lebewesen auf der Erde können langfristig nur in ganz bestimmten Temperaturbereichen leben und funktionieren. Das gilt für Viren und Bakterien ebenso wie für einzellige Algen, Großalgen und Pflanzen sowie für Tiere und uns Menschen. Fachleute bezeichnen diesen Bereich als Temperaturtoleranzfenster oder thermische Nische.
Die Breite dieses Fensters ist je nach Art unterschiedlich weit gefasst. Für sauerstoffatmende Meeresbewohner gilt: Liegt die Umgebungstemperatur innerhalb des eigenen artspezifischen Wohlfühlbereichs, kann der Organismus durch die Aufnahme von Sauerstoff und Nahrung langfristig ausreichend Energie bereitstellen, um alle Funktionsprozesse seines Körpers aufrechtzuerhalten. Sinkt die Temperatur allerdings unter die Untergrenze des Temperaturfensters oder steigt sie über dessen Obergrenze hinaus, versagen die körpereigenen Funktionsmechanismen. Es besteht Lebensgefahr.
- 2.3 > Jedes Lebewesen besitzt einen begrenzten Temperaturbereich, in dem es funktionieren und existieren kann. Fachleute bezeichnen diesen Bereich als Temperaturfenster. Am leistungsfähigsten ist ein Organismus, wenn die Umgebungstemperatur dem Mittelwert seines Temperaturfensters entspricht. Wird es wärmer oder kälter, nimmt seine Funktionsfähigkeit ab.
- Von wechselwarmen Meeresorganismen wie Fischen weiß man zudem, dass sich die Breite des Temperaturfensters und damit die individuelle Hitzetoleranz im Laufe der Entwicklung eines Tieres verändern. Beide Parameter nehmen vom Embryonalstadium bis zum jungen Erwachsenenalter hin zu. Sowie die Fische jedoch geschlechtsreif werden und im Zuge dessen an Körpergröße und -masse zulegen, nehmen die Breite des Temperaturfensters und damit auch die Hitzetoleranz wieder ab. Embryonen und laichbereite Individuen haben somit die geringste Toleranz für Temperaturschwankungen.
Vergleicht man nun alle Arten und Organismengruppen des Meeres, ist zu erkennen, dass komplexer gebaute Organismen wie Tiere und Pflanzen nicht nur die engsten Temperaturfenster besitzen. Sie erreichen auch deutlich schneller ihr Temperaturmaximum als andere Meeresbewohner. Während einzellige Bakterien und Archaeen selbst in heißen, sauerstoffarmen Wassermassen leben können, stoßen Meeresbewohner mit einem komplexeren Bauplan spätestens bei einer Wassertemperatur von 41 Grad Celsius an ihre Wachstumsgrenzen. Für ihre hoch entwickelten Stoffwechselsysteme stellt diese Temperaturobergrenze offenbar ein unüberwindbares Hindernis dar.
Die meisten Meerestiere sind – mit Ausnahme der Vögel und Säugetiere – wechselwarme Tiere. Das heißt, ihre Körpertemperatur wird von der Umgebungstemperatur bestimmt. Erwärmt sich eine Meeresregion im Laufe des Sommers stark und kühlt sich das Wasser zum Winter hin deutlich ab, benötigen die dort lebenden Organismen ein breites Temperaturfenster, denn sie müssen sowohl mit den warmen Sommertemperaturen als auch mit dem kalten Winter zurechtkommen. In der Nordsee ist dies zum Beispiel der Fall. Langzeitmessungen vor der Nordseeinsel Helgoland belegen, dass die mittlere Meeresoberflächentemperatur dort in extrem kalten Wintern unter der Null-Grad-Grenze liegt, während sie in warmen Sommern bis auf 20 Grad Celsius ansteigt.
In den tropischen Meeren hingegen fallen die jahreszeitlichen Temperaturschwankungen deutlich kleiner aus. In der Philippinensee, einem Randmeer des Westpazifischen Ozeans und die artenreichste Region des Korallendreiecks, beträgt die Meeresoberflächentemperatur im Winter etwa 20 Grad Celsius. Den Rest des Jahres liegt sie im Mittel zwischen 24 und 28 Grad Celsius. Die dort lebenden Meeresbewohner müssen demzufolge nur vergleichsweise geringe Temperaturunterschiede ausgleichen.
- Dennoch variiert die Leistungsfähigkeit der Lebewesen auch innerhalb des eigenen Temperaturfensters. Sie steigt bis zur Mitte des Fensters an und sinkt dann wieder ab, sodass eine parabelförmige Leistungskurve entsteht. Das heißt, zu Bestleistungen sind die meisten Organismen langfristig nur dann fähig, wenn die Umgebungstemperatur ungefähr in der Mitte ihrer eigenen thermischen Nische liegt und ausreichend Sauerstoff zur Verfügung steht. Sind die Luft oder das Wasser wärmer oder kälter oder fehlt den Lebewesen Atemsauerstoff, verfehlen sie ihr Leistungsoptimum und ziehen im Wettkampf der Arten den Kürzeren. Wie eine solche temperaturbedingte Niederlage aussehen kann, zeigt ein illustratives Beispiel aus Japan.
In den Gewässern vor der Ostküste Japans leben sowohl Sardinen (Sardinops sagax melanostictus) als auch Anchovis (Engraulis japonicus). Beide Fischarten bilden große Schwärme, kommen jedoch nie zur selben Zeit in riesigen Mengen vor. Stattdessen dominieren mal die Anchovis; wenige Jahre später überwiegen die Sardinen. Erklären lässt sich dieses Wechselspiel durch natürlich auftretende Schwankungen der Meeresoberflächentemperatur im westlichen Nordpazifik sowie durch die unterschiedliche Wärmetoleranz der Larven beider Fischarten.
Sardinenlarven wachsen am besten bei einer Wassertemperatur von 16,2 Grad Celsius. Der Anchovisnachwuchs hingegen bevorzugt 22 Grad Celsius. Letzterer ist somit im Vorteil, wenn die Strömungen des Nordpazifiks wärmeres Wasser vor die Ostküste Japans spülen. Kühlt sich das Meerwasser jedoch wieder ab, finden die Sardinenlarven verbesserte Wachstumsbedingungen vor. Die Anchovis haben in diesen kühlen Zeiten das Nachsehen.
Abgesehen von der temperaturabhängigen Leistungsfähigkeit der Meeresorganismen beeinflusst die Wassertemperatur einer Meeresregion den Artenreichtum allerdings noch auf einem zweiten Weg. Warme Temperaturen, wie sie zum Beispiel im Korallendreieck vorherrschen, treiben den Stoffwechsel aller dort beheimateten Organismen in die Höhe. Dadurch verkürzt sich die Lebensspanne einzelner Generationen. Nachwuchs wird in kürzeren Abständen produziert, wodurch die Mutationsraten steigen. Diese Entwicklung führt dazu, dass die Entstehung neuer Arten wahrscheinlicher wird und der Artenreichtum dieser Region infolge der evolutionären Entwicklung langfristig zunimmt, argumentieren Fachleute.
- Als Beleg für diese These führen sie den Artenreichtum in den tropischen Meeren an. Deren Wassertemperatur sei im Gegensatz zu den Polarmeeren in den zurückliegenden 15 Millionen Jahren stabil gewesen. Zudem seien das Korallendreieck und andere tropische Meeresgebiete in dieser Zeit nicht ein einziges Mal vereist oder vergletschert gewesen, was ein Artensterben hätte auslösen können. Von Klimaextremen verschont, wurden die flachen, von Korallenriffen durchzogenen Gewässer stattdessen zu einer Quelle der Artenvielfalt und brachten nach Ansicht der Experten viele der uns heute bekannten, höher entwickelten Meeresbewohner hervor.
Angesichts dessen stellen sich zwei Fragen, auf die Fachleute bislang keine Antwort haben: Gibt es eine Obergrenze für die Artenvielfalt eines Meeresgebiets? Kann diese irgendwann gesättigt sein? Und zweitens: Erlauben stabile höhere Temperaturen eine höhere Artenvielfalt? Alle Überlegungen dazu beginnen vermutlich wieder an dem Punkt, wie viel Nahrung und Sauerstoff den Organismen eines Meeresgebiets zur Verfügung stehen und ob beide Mengen ausreichen, den temperaturabhängigen Grundbedarf der Meeresbewohner zu decken.
Die Primärproduktion als Schlüssel des Artenreichtums
Lebewesen brauchen Nahrung, um zu wachsen und sich fortzupflanzen. Wer nichts zu fressen findet, muss abwandern oder stirbt. Das Nahrungsangebot in einer Meeresregion beeinflusst somit den Artenreichtum auf direkte Weise. Die Grundlage für ein reiches Nahrungsangebot legen vielerorts Algen, Meerespflanzen und Cyanobakterien, auch Primärproduzenten genannt. Sie nehmen Kohlendioxid und Nährstoffe wie Stickstoff, Phosphor, Eisen und Silizium aus dem Meer auf und bilden mithilfe der Fotosynthese neue kohlenstoffreiche Biomasse. Aus diesem Grund ist die Primärproduktion vor allem in jenen Meeresgebieten groß, in denen ausreichend Nährstoffe und Sonnenlicht zur Verfügung stehen, beispielsweise in Küstengewässern. Die verbesserte Verfügbarkeit von Nährstoffen dort ist auch der Grund, warum wichtige Primärproduzenten wie einzellige Kalk- oder Kieselalgen viel häufiger im Umfeld großer Landmassen wachsen und Algenblüten bilden als weit draußen auf dem offenen Ozean.
- 2.4 > Schlangensterne sind keine Kostverächter: Mit ihren langen Röhrenarmen greifen die Stachelhäuter nach kleinen Lebewesen und Tier- oder Pflanzenresten, die im Wasser schwimmen oder treiben. Ihre Beute führen sie anschließend zum Maul mit fünf Kiefern an der Unterseite ihrer zentralen Körperscheibe.
- Die Primärproduzenten des Korallendreiecks profitieren von den vielen Inseln in der Region und den regelmäßigen Regenschauern. Der Regen wäscht die dringend benötigten Nährstoffe vom Land ins Meer. Weil diese in hochproduktiven Küstengewässern sofort aufgenommen und genutzt werden, nimmt weltweit die Primärproduktion des Ozeans mit zunehmender Entfernung vom Land sowie mit zunehmender Wassertiefe ab. Gleiches gilt in der Regel für den Artenreichtum.
Eine Ausnahme bilden Unterseeberge oder Kontinentalhänge, an denen häufig nährstoffreiche Wassermassen aus der Tiefe aufsteigen. Diese versorgen die Primärproduzenten im lichtdurchfluteten Oberflächenwasser so kontinuierlich mit Nährstoffen, dass diese verlässlich wachsen und absterben und Biomasse in ausreichenden Mengen von der Meeresoberfläche in die Tiefe sinkt. Unter solchen Voraussetzungen kann sich in der Tiefsee auch in gemäßigten und hohen Breiten ein vergleichsweise hoher Artenreichtum herausbilden, wie Forschende in einer Studie zur globalen Verbreitung von 2100 Arten von Schlangensternen herausgefunden haben. Als die Wissenschaftler ihre Daten auswerteten, zeigte sich, dass sie den größten Artenreichtum unter den Schlangensternen in der Tiefsee fernab der Tropen gemessen hatten, am Fuße von Kontinentalhängen in den mittleren Breiten der Nord- und Südhalbkugel. Diese Beobachtung könnte darauf hinweisen, dass die geografische Verteilung und der Artenreichtum der Schlangensterne in großer Tiefe hauptsächlich vom Nahrungsangebot abhängt und nur marginal von der Wassertemperatur, die in sehr großen Wassertiefen überall in etwa gleich ist – in den Polarmeeren ebenso wie in den Tropen. Anders sieht es für Schlangensterne aus, die in einer Wassertiefe von bis zu 2000 Metern leben. Hier wurden die höchsten Artenzahlen im Bereich der Tropen und Subtropen gemessen.
Die Rolle strukturreicher Lebensräume und des Miteinanders der Arten
Die Lebensgemeinschaften des Korallendreiecks verdanken ihren Artenreichtum auch den vielen Korallenriffen, weil jedes von ihnen einen Lebensraum für sich darstellt und seine Bewohner gewissermaßen zwingt, sich an die vor Ort vorherrschenden Bedingungen an-zupassen. Strukturreiche Lebensräume wie Riffe, Muschelbänke, Mangroven, Seegraswiesen und Kelpwälder bieten vielen Arten Nahrung, Schutz und eine ausreichend große Auswahl an potenziellen Fortpflanzungspartnern. Sie zählen deshalb zu den artenreichsten Ökosystemen des Meeres.
Neue Lebensräume zu besiedeln, stellt für Organismen stets ein hohes Risiko dar. Wer zum Beispiel das eigene Korallenriff verlässt, läuft Gefahr, von einer der vielen Meeresströmungen davongerissen zu werden oder ist plötzlich Räubern schutzlos ausgesetzt. Im Laufe der Entwicklung haben Arten dennoch immer wieder neue Lebensräume erobern müssen. Meist, weil die Nahrungskonkurrenz im angestammten Territorium zu groß geworden ist, sich die lokalen Umweltbedingungen verändert haben oder aber Tiere auf Partnersuche gehen mussten. In der Geschichte des Korallendreiecks spielten außerdem Bewegungen der Kontinentalplatten eine Rolle. Wo heute zum Beispiel große Flachwasserbereiche Raum für artenreiches Meeresleben bieten, klaffte vor etwa 20 Millionen Jahren noch eine tiefe Rinne zwischen der Südostasiatischen Platte und der Australischen Platte. Als diese näher aneinanderrückten, entstanden die heute so bedeutsamen Flachwasserbereiche, in denen Arten wandern und neue Nischen besetzen konnten.
2.5 > Vor der Küste der schwedischen Ostseeinsel Gotland wirbeln Wind und Strömungen große Ansammlungen grün schimmernden Phytoplanktons durch das Wasser. Die Mikroalgen bilden das erste Glied in fast allen Nahrungsketten der Ozeane.- Um die Risiken der Artenwanderung zu minimieren, verfolgen viele Meeresarten bis heute eine von drei bewährten Überlebensstrategien:
- Sie bleiben vergleichsweise klein und lassen sich von den lokalen Meeresströmungen in neue Lebensräume tragen. Das spart Energie.
- Sie wachsen auf eine stattliche Größe heran, die Fressfeinde abschreckt, oder sie werden Meisterschwimmer, sodass Räuber nicht folgen können.
- ie investieren weniger Energie ins Größenwachstum, verlassen dafür aber erst nachts ihre sicheren Rückzugsräume, um im Dunkeln auf Futtersuche zu gehen. So bleiben die Organismen für Räuber, die auf Sicht jagen, im Verborgenen.
Langfristig spielen auch Umweltfaktoren wie die Höhe des Meeresspiegels eine wichtige Rolle für die Verteilung von Arten und Ökosystemen. Die Wasserpegel entscheiden, welche Küstengebiete trockenfallen oder dauerhaft überflutet werden und wo vom Sonnenlicht abhängige Organismen wie Korallen siedeln können. Außerdem verstehen Fachleute mittlerweile immer besser, wie das ausbalancierte Miteinander verschiedener Arten in einem Ökosystem die Lebensgemeinschaft in ihrer Gesamtheit stärken kann. Ein weltweit bekanntes Beispiel ist das Zusammenspiel von Seeottern (Enhydra lutris nereis), Seeigeln (Strongylocentrotus purpuratus) und Riesentang (Macrocystis pyrifera) vor der Westküste Nordamerikas.
- 2.6 > Bei Schlangensternen ändern sich Verteilung und Reichtum der Arten mit zunehmender Wassertiefe. Ab einer Tiefe von 2000 Metern leben die Stachelhäuter vor allem am Fuße von Kontinentalhängen in den mittleren Breiten, weil dort das Nahrungsangebot am besten ist.
- Kelpwälder sind ein Hotspot der Artenvielfalt und bieten Lebensraum für viele Meeresbewohner, unter anderem auch für Seeigel, die sich in der Regel am Meeresboden verstecken und vorbeitreibendes abgestorbenes Algenmaterial fressen (passives Fressverhalten). Unter bestimmten Umständen aber kommen sie aus ihren Ritzen, schalten in einen aktiven Fressmodus und machen sich über gesunde Tange her. Was die Tiere dazu veranlasst, haben Forschende noch nicht richtig verstanden. Aus Beobachtungen aber weiß man, dass die Seeigel im aktiven Fressmodus in der Lage sind, große Flächen Kelpwald zu vernichten.
Wirksamen Schutz davor bieten vor allem gesunde Seeotterbestände. Die Meeressäuger stellen den Seeigeln nach und halten sie durch den Jagddruck davon ab, ihre Verstecke zu verlassen. Der Kelpwald bleibt so weitgehend unbeschadet – so die Erfahrungen bislang. Seit knapp zehn Jahren aber beobachten Fachleute in der Bucht von Monterey, US-Bundesstaat Kalifornien, dass das Zusammenspiel der Kelpwald-Artengemeinschaft noch viel komplexer ist und auch andere Arten eine Rolle spielen.
Die Meeresregion wurde im Jahr 2014 von einer Meereshitzewelle getroffen. Gleichzeitig brach eine Krankheit unter den Seesternen aus, die zu einem Massensterben führte. Zu den Opfern gehörten auch Sonnenblumen-Seesterne (Pycnopodia helianthoides). Mit bis zu einem Meter Spannweite gehören sie zu den größten Seesternen der Welt – und sie fressen Seeigel. Ihr plötzliches Verschwinden und der Hitzestress hatten zur Folge, dass die Seeigel aus ihren Verstecken kamen, sich aktiv auf den Riesentang stürzten, seine Wälder vielerorts bis auf wenige Restflächen auffraßen und sich äußerst rasant vermehrten.
- 2.7 > Grauwale fressen sich im Sommer in den Gewässern vor der Küste Alaskas Fettreserven an und wandern dann im Herbst Richtung Süden, wo sie im Golf von Kalifornien ihre Kälber gebären. Ihrer enormen Körpergröße haben es die Tiere dabei zu verdanken, dass nur Schwertwale Jagd auf sie machen.
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2.8 > Eine Gruppe gefräßiger Purpurner Seeigel (Strongylocentrotus purpuratus) steuert vor der Küste Mendocinos im US-Bundesstaat Kalifornien einen Kelpwald aus Bullentang (Nereocystis luetkeana) an. Übrig bleibt nach einem solchen Angriff meist nur der nackte Felsuntergrund. - Die steigende Zahl der Seeigel bedeutete mehr Futter für die Seeotter, was vor allem Jungtieren zugutekam. Sie überlebten in höherer Zahl, sodass auch der Otterbestand wuchs. Allerdings gingen die Seeotter nur in den wenigen verbliebenen Kelp-Restflächen auf Seeigeljagd und schützten diese wirksam vor einer Überweidung. Die vielen Seeigel auf den abgegrasten Restflächen verschmähten die Otter – vermutlich, weil die Stachelhäuter auf den kahlen Flächen weniger zu fressen fanden und deshalb weniger nahrhaft waren als die gut genährten Seeigel in den Restwäldern.
Anders als erwartet, trugen die Otter demzufolge nicht zu einer schnellen Dezimierung der Seeigel auf den abgegrasten Flächen bei, weshalb sich auch der Riesentang an jenen Stellen nicht wieder ansiedeln konnte. Ein großer Verlust für das Küstenökosystem. Wie die Entwicklung weitergehen wird, bleibt abzuwarten.
Dieses Beispiel zeigt: Die Stabilität und Funktionalität mariner Ökosysteme sowie ihr Artenreichtum hängen auch vom Verhalten und dem Miteinander ihrer Bewohner ab. Verändert sich dieses Beziehungsgefüge, sortieren sich die Lebensgemeinschaften neu, was unter Umständen auch bedeuten kann, dass der Artenreichtum einer ehemals diversen Meeresregion sinkt.
- 2.9 > Wie sich die Arten eines Lebensraums gegenseitig beeinflussen und damit auch ihr Ökosystem stabilisieren, zeigt das subtile Zusammenspiel von Seeottern, Seeigeln, Braunalgen (Kelp) und Sonnenblumen-Seesternen vor der Küste Kaliforniens.
Karten zur Verteilung des Lebens im Meer
Unser Wissen über den Artenreichtum und die Verteilung des Lebens im Meer hat in den zurückliegenden zwei Jahrzehnten deutlich zugenommen. Dieser Zuwachs ist vor allem Datenbanken wie dem Ocean Biogeographic Information System (OBIS) zu verdanken, in dem Forschende aus aller Welt Datensätze zum Artenvorkommen im Meer zur Verfügung stellen. Analysiert man, welche Meeresregionen die Datensätze abdecken, zeigt sich, dass vor allem Fachleute in China, Australien und Europa einen sehr guten Überblick über das Artenvorkommen in ihren Gewässern haben. Weniger gut untersucht sind die Gewässer im tropischen Westatlantik, im tropischen Ostpazifik sowie im kanadischen Teil des Arktischen Ozeans. Zudem gibt es Meeresökosysteme, über deren Artenreichtum noch immer so gut wie keine oder nur bruchstückhafte Angaben existieren. Dazu zählen insbesondere die Lebensgemeinschaften der Tiefsee, aber auch die Artengemeinschaften in dauerhaft eisbedeckten Regionen, bislang nicht untersuchten Korallenriffen sowie chemosynthetische Lebensgemeinschaften. Als solche werden sauerstoffarme Tiefseeökosysteme bezeichnet, in denen Bakterien Methan oder Sulfide als Energieträger nutzen, um wiederum Primärproduktion zu betreiben.
- 2.12 > Muster des marinen Artenreichtums: Die Zahl der bekannten Arten im Meer nimmt von den Polarregionen Richtung Äquator zu. Im Übergangsbereich zwischen Tropen und Subtropen erreicht sie ihr Maximum und nimmt dann bis zum Äquator wieder leicht ab.
- Wenig überraschen dürfte, dass Fachleute mehr über das Vorkommen und die Verbreitung wirtschaftlich interessanter Meeresarten wie Thunfisch, Kalmar oder Miesmuscheln wissen als über Arten, die nicht gefangen und verkauft werden. Mehr geforscht wurde auch zu größeren Meeresorganismen im Vergleich zu kleineren Arten. Im Jahr 2020 resümierte ein internationales Expertenteam, dass für gerade einmal 50 000 Meeresarten so umfassende Daten vorliegen, dass ihre weltweite Verteilung nachvollzogen werden kann. Zu diesen gut erforschten Meeresorganismen zählen abermals vor allem kommerziell interessante Arten sowie in der Öffentlichkeit sehr beliebte Meeresbewohner wie Wale und andere Meeressäuger.
Auf Grundlage der OBIS-Datensätze und anderer Datenbanken haben in den zurückliegenden Jahren verschiedene Forscherteams den Versuch unternommen, den Artenreichtum des Meeres in einer Weltkarte darzustellen und die artenreichsten Meeresgebiete zu identifizieren. Dass diese Aufgabe keine leichte ist, zeigt sich allein daran, dass im ersten Schritt eine Milliarde Datensätze auf ihre Vergleichbarkeit und Anwendbarkeit überprüft werden mussten. Bei einigen fehlten zum Beispiel genaue Ortsangaben. Bei anderen waren Meeresorganismen nicht eindeutig identifiziert worden oder Datensätze waren doppelt eingepflegt. Bekannt ist außerdem, dass aus den Meeren der Nordhemisphäre deutlich mehr Forschungsdaten vorliegen als aus südlichen oder tropischen Gefilden. Dadurch entsteht eine störende Tendenz in den Daten, die ebenfalls bereinigt werden musste.
- 2.13 > Der Artenreichtum in den Küstengebieten ist in der Regel höher als auf dem offenen Meer. Die höchste Artenvielfalt dokumentierten Fachleute im indopazifischen Korallendreieck, im zentralen und westlichen Indischen Ozean, im Roten Meer sowie rund um die Inseln des Südwestpazifiks.
- Nach mehreren Datenverarbeitungsschritten ergibt sich ein vergleichsweise klares Bild des Artenreichtums im Weltozean. Die hier vorgestellte Karte ist das Ergebnis einer Analyse aus dem Jahr 2020. Sie repräsentiert taxonomische Angaben und Verbreitungsdaten für 41 625 Arten aller Organismengruppen, die zum Zeitpunkt der Veröffentlichung 17 Prozent der bekannten marinen Arten ausmachten.
Die Karte zeigt, dass die Meeresregionen mit dem größten Artenreichtum im Randbereich der Tropen liegen. Das gilt insbesondere für die Küstengewässer. Am Äquator selbst leben deutlich weniger Arten als 2000 Kilometer weiter nördlich oder südlich. Fachleute erklären diese deutliche Delle in der Vielfaltskurve damit, dass immer weniger Meeresbewohner in der Lage sind, die zunehmende Wärme am Äquator zu tolerieren. Tausende Arten sind seit den 1950er-Jahren Richtung Norden oder Süden abgewandert, um zu verhindern, bei konstanten Wassertemperaturen von 28 Grad Celsius oder mehr den Hitzetod zu sterben.
Große Unterschiede im Artenreichtum stellt man auch fest, wenn man am Äquator entlang einmal um den Globus reist. Während die zentralen Meeresregionen im Atlantischen und Pazifischen Ozean als artenarm einzustufen sind, steigt der Artenreichtum, sowie man sich der Karibik oder dem Korallendreieck im Indopazifik nähert. Weitere Hotspots des Lebens im Meer sind der zentrale und westliche Indische Ozean und das Rote Meer. Aber auch in Teilen des Nordostatlantiks sowie in der Nordsee haben Forschende eine Vielzahl an Arten dokumentiert.
Einschränkend muss allerdings gesagt werden, dass diese generellen Muster nicht für alle Organismengruppen gelten. Robben, Seelöwen und Walrosse beispielsweise produzieren als Säugetiere ihre Körperwärme selbst und haben sich im Laufe der Evolution eine dicke, isolierende Fettschicht zugelegt. Diese verschafft ihnen insbesondere in kalten Regionen klare Vorteile. Ihr Artenreichtum ist deshalb in den polaren und subpolaren Gewässern am höchsten. Seegräser wiederum bevorzugen die Wassertemperaturen in den gemäßigten Breiten und erreichen ihre größte Artenvielfalt in deren Küstengewässern.
Weit draußen, auf dem offenen Meer, dokumentierten Forschende den größten Artenreichtum in den Meeresgebieten zwischen 30 und 40 Grad nördlicher beziehungsweise südlicher Breite. In den entsprechenden Regionen leben die meisten Arten von Zooplankton wie Ruderfußkrebse, Foraminiferen und Leuchtgarnelen sowie eine Vielzahl an Walen und Hochseefischarten wie Thunfische und Haie. Über die Verbreitung einzelliger Algen (Phytoplankton) und mariner Bakterien lagen im Jahr 2020 noch keine umfassenden Daten vor.
Die Vielfalt der Lebensräume und biogeografischen Gebiete
Außerdem analysierten die Forschenden, wo im Welt-ozean die zwölf bekanntesten Meeresökosysteme vorkommen und ob es Regionen im Weltozean gibt, in denen verschiedene Ökosysteme auf engem Raum nebeneinander existieren. Zu den untersuchten Ökosystemen gehörten die Lebensgemeinschaften der Fluss-ästuarien, der Mangrovenwälder, der Salzmarschen, der Seegraswiesen, der Korallenriffe, der Täler und tiefen Gräben auf dem Kontinentalschelf, der Kaltwasserkorallenriffe, der Unterseeberge, der Tiefseegräben, der heißen Quellen und der Unterseegebirgszüge. Die Analyseergebnisse bestätigten die Erkenntnisse zum Artenreichtum des Ozeans: Im Korallendreieck, in der Karibik sowie vor der Ostküste Australiens war zum damaligen Zeitpunkt die Zahl der Ökosysteme und damit die Vielfalt der unterschiedlichen Lebensgemeinschaften am höchsten.
Drei Jahre zuvor, im Jahr 2017, hatte ein anderes Team von Forschenden eine Karte veröffentlicht, auf der sie den Weltozean in 30 verschiedene Zonen, sogenannte biogeografische Gebiete, eingeteilt hatten. Für diese Einteilung wiederum hatten die Wissenschaftler OBIS-Daten über die Verbreitung von 65 000 Meeresarten ausgewertet und mithilfe statistischer Methoden untersucht, wie ähnlich sich die Lebensgemeinschaften des Meeres in ihrer Artenzusammensetzung sind. Überall dort, wo klare Unterschiede zwischen benachbarten Lebensgemeinschaften zu erkennen waren, zogen die Wissenschaftler eine Gebietsgrenze.
Mithilfe dieser Zonierung konnten sie im Anschluss eine Reihe von Fragen zur Verbreitung von Meereslebewesen beantworten. So zeigte sich, dass von den 100 marinen Arten mit der größten Verbreitung 72 Arten zum Plankton gehörten und nur 27 zur sogenannten Megafauna des Ozeans. Als solche werden große Bewohner wie Wale, Meeresschildkröten, Seevögel und Haie bezeichnet, von denen man weiß, dass sie mitunter über weite Strecken wandern. Den größten Lebensraum besitzt der Studie zufolge die Foraminifere Globigerinita glutinata. Der einzellige Winzling kam auf 28 Prozent der untersuchten Meeresfläche vor.
- Die Analyse verriet auch, dass in der Wassersäule schwimmende Meeresorganismen in der Regel weiter verbreitet sind als Bewohner des Meeresbodens. Das Meeresgebiet mit dem größten Anteil endemischer Arten ist das Schwarze Meer. 84 Prozent der hier lebenden Arten kamen in keiner der anderen Zonen vor. Die Forschenden erklären diesen Spitzenplatz mit dem geringen Salzgehalt des Binnenmeeres. Durch den hohen Eintrag von Süßwasser können auch Süß- und Brackwasserarten im Schwarzen Meer leben.
Neue Einblicke erlaubte die Studie auch in die Tiefenverteilung der Arten. Demnach konnten die Forschenden auf Basis ihrer Daten keine weiteren Tiefenzonen nachweisen als jene, von denen man zu diesem Zeitpunkt schon wusste. Dazu gehört die vom Sonnenlicht durchflutete Deckschicht (euphotische Zone), in der Algen und ihre Fressfeinde florieren. Sie reicht von der Meeresoberfläche bis in Wassertiefen von etwa 200 Metern.
Darunter schließt sich die Dämmerungszone (mesopelagische Zone) an, in der keine Pflanzen mehr gedeihen. Sie reicht von 200 bis 1000 Meter Tiefe und bietet tagsüber jenen Organismen einen Rückzugsort, die erst nachts zur Futtersuche an die Meeresoberfläche kommen. Unter der Dämmerungszone wiederum beginnt die Tiefsee (bathypelagische und aphotische Zone), deren Lebensgemeinschaften mit wenig Futter, gleichbleibend kalten Temperaturen und ständiger Finsternis auskommen müssen.
- 2.16 > Die Foraminifere Globigerinita glutinata lebt in der Wassersäule und gehört zu den am weitesten verbreiteten Meeresbewohnern der Welt. Das Gehäuse ausgewachsener Tiere besteht aus drei markanten Kammern. Im Durchmesser ist es kleiner als einen halben Millimeter.
- Die Analyse verriet auch, dass in der Wassersäule schwimmende Meeresorganismen in der Regel weiter verbreitet sind als Bewohner des Meeresbodens. Das Meeresgebiet mit dem größten Anteil endemischer Arten ist das Schwarze Meer. 84 Prozent der hier lebenden Arten kamen in keiner der anderen Zonen vor. Die Forschenden erklären diesen Spitzenplatz mit dem geringen Salzgehalt des Binnenmeeres. Durch den hohen Eintrag von Süßwasser können auch Süß- und Brackwasserarten im Schwarzen Meer leben.
Neue Einblicke erlaubte die Studie auch in die Tiefenverteilung der Arten. Demnach konnten die Forschenden auf Basis ihrer Daten keine weiteren Tiefenzonen nachweisen als jene, von denen man zu diesem Zeitpunkt schon wusste. Dazu gehört die vom Sonnenlicht durchflutete Deckschicht (euphotische Zone), in der Algen und ihre Fressfeinde florieren. Sie reicht von der Meeresoberfläche bis in Wassertiefen von etwa 200 Metern.
Darunter schließt sich die Dämmerungszone (mesopelagische Zone) an, in der keine Pflanzen mehr gedeihen. Sie reicht von 200 bis 1000 Meter Tiefe und bietet tagsüber jenen Organismen einen Rückzugsort, die erst nachts zur Futtersuche an die Meeresoberfläche kommen. Unter der Dämmerungszone wiederum beginnt die Tiefsee (bathypelagische und aphotische Zone), deren Lebensgemeinschaften mit wenig Futter, gleichbleibend kalten Temperaturen und ständiger Finsternis auskommen müssen.
- 2.17 > Die Biogeografie marinen Lebens: Nachdem Forschende Daten über die Verteilung von 65 000 marinen Tier- und Pflanzenarten analysiert hatten, konnten sie den Weltozean in 30 verschiedene biogeografische Zonen aufteilen. In jeder dieser Zonen lebt eine marine Artengemeinschaft, die sich in ihrer Zusammensetzung von den Gemeinschaften in den angrenzenden Zonen unterscheidet.
- 2.17 > Tabelle 1
- 2.17 > Tabelle 2
