Eine Studie der klimabedingten Veränderungen in marinen Ökosystemen zeigt, wie eng physiologische und ökologische Prozesse vernetzt sind. Entscheidend für die Empfindlichkeit einer Art gegenüber der Erwärmung sind die Temperaturtoleranzen verschiedener physiologischer Prozesse wie Fortpflanzung, Nahrungserwerb oder Wachstum, wie Forscher jetzt in „Science“ berichten.
Ergebnisse physiologischer und ökologischer Forschung haben in den letzten Jahren gezeigt, dass die Empfindlichkeit einer Art gegenüber der Klimaerwärmung entscheidend von ihrer Temperaturteoleranz abhängt. Das so genannte temperaturabhängige Leistungsfenster bestimmt die Fähigkeit, bei unterschiedlichen Temperaturen zu wachsen, sich fortzupflanzen, Nahrung aufzunehmen oder mit anderen Arten um Platz oder Ressourcen zu konkurrieren. Bei Tieren wird dieses Leistungsfenster durch die Kapazität des aeroben Stoffwechsels und der Sauerstoffversorgung bestimmt.
Wissenschaftler um Professor Hans-Otto Pörtner, Ökophysiologe am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft, haben nun diese physiologischen Parameter an Meerestieren untersucht. „Das Leistungsfenster wird durch die Temperatur begrenzt und spiegelt die Spezialisierung auf das Klima“, erklärt Pörtner. „Es verschiebt sich mit saisonaler Temperaturanpassung und im Wechsel zwischen verschiedenen Lebensstadien“, so der Biologe weiter.
Ökologische Veränderungen bereits beobachtet
Die Wissenschaftler konnten bislang folgende Veränderungen in Ökosystemen beobachten: die polwärtige Ausdehnung oder Verschiebung biogeographischer Verbreitungsräume, die örtliche Minderung oder Auslöschung vormals häufiger Bestände, Verschiebungen in der zeitlichen Abfolge biologischer Prozesse, die veränderliche Verfügbarkeit von Nahrung sowie Veränderungen in Nahrungsnetzen.
Viele dieser Veränderungen werden überwiegend durch die Temperatur bewirkt. Dabei zeigt eine Zusammenstellung bisheriger Ergebnisse in aquatischen Tiergemeinschaften, dass physiologische Analysen einen wichtigen Beitrag leisten können, den Hintergrund dieser Veränderungen aufzuklären und künftige ökologische Trends vorherzusagen. Nicht nur die Kenntnis der wirksamen Klimafaktoren, sondern auch der betroffenen physiologischen Mechanismen ist erforderlich, um die Beobachtungen von ökologischen Auswirkungen zu verstehen.
Lebensstadien unterschiedlich sensibel
Bei vielen Fischen sind die Eier und die Larvenstadien besonders empfindlich, während zum Beispiel Jungfische relativ robust gegenüber Temperaturveränderungen reagieren. Aber auch trächtige Weibchen, die den Laich produzieren, haben ein schmales Leistungsfenster, sind also gegenüber
Schwankungen empfindlich. Durch den Klimawandel liegt beispielsweise die Temperatur in der Nordsee im Winter mittlerweile über dem Leistungsoptimum des Kabeljau, der in der Nordsee am südlichen Rand seines Verbreitungsgebietes lebt. Diese Art kann jedoch weiter nach Norden ausweichen.
Allerdings ist von Bedeutung, dass die Leistungsfenster von Arten auch aus dem gleichen Lebensraum unterschiedlich ausgeprägt sein können und nur in einem begrenzten Temperaturbereich überlappen. Daher haben klimatische Verschiebungen Auswirkungen auf die Beziehungen zwischen den Arten, zum Beispiel ihre Konkurrenzfähigkeit oder die Verfügbarkeit von Beute in Räuber-Beute-Beziehungen. Auch die jahreszeitliche Abfolge von biologischen Prozessen wird durch die Temperaturabhängigkeit der Leistungsfenster beeinflusst.
Zusätzliche Stressfaktoren verengen Leistungsfenster
Nach neueren Kenntnissen wird bei empfindlichen Arten das temperaturabhängige Leistungsfenster durch weitere Stressoren wie die Ozeanversauerung verengt. Dies lässt Auswirkungen unter anderem auf die Leistungsfähigkeit und das Verbreitungsgebiet erwarten. Es gibt mittlerweile einige Beispiele, in denen das Leistungsfenster im Klimawandel mit den genannten Konsequenzen nachweislich überschritten wird: bei Kabeljau und Aalmuttern in der Nordsee, bei Sardinen der Japanischen See, sowie bei Lachsen im Frazer-River in Westkanada. Die Berücksichtigung dieser Prinzipien in der Klimafolgenforschung und bei verschiedensten Organismen wird von großer Bedeutung für das
Verständnis von Ursache und Wirkung sein.
(Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung in der Helmholtz-Gemeinschaft, 31.10.2008 – NPO)
