Jedes Grad der Ozeanerwärmung erhöht den Druck auf die Fischbestände
Forschende des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) haben in einer neuen Metastudie wegweisende Erkenntnisse zu den Folgen des Klimawandels für die Fischbestände der Welt gewonnen. Die Risiken für Fische sind demnach viel größer als bisher angenommen, wenn man berücksichtigt, dass bestimmte Lebensstadien besonders empfindlich auf steigende Wassertemperaturen reagieren. Ein kritischer Engpass im Lebenszyklus der Fische ist die geringe Wärmetoleranz während der Fortpflanzung. Das bedeutet, die Wassertemperatur in den Laichgebieten entscheidet maßgeblich über den Fortpflanzungserfolg der Arten und macht Fische auf diese Weise besonders anfällig für den Klimawandel – im Meer ebenso wie in Seen, Teichen und Flüssen. Den Analysen zufolge gefährdet der ungebremste Klimawandel aufgrund steigender Wassertemperaturen den Fortpflanzungserfolg von bis zu 60 Prozent aller Fischarten, berichten die Wissenschaftler in ihrer Studie, die heute im Fachmagazin Science erschienen ist.
Lebewesen atmen, damit ihr Körper Energie erzeugen kann. Das gilt für uns Menschen ebenso wie für Fische. Bekannt ist zudem, dass der Energiebedarf des Menschen und der Tiere von der Temperatur abhängen: Wird es zum Beispiel wärmer, steigt der Energiebedarf exponentiell und mit ihm der Sauerstoffbedarf. Aus dieser Gesetzmäßigkeit leitet sich ab, dass Lebewesen einen Temperaturanstieg in ihrer Umgebung nur dann überstehen, wenn sie in der Lage sind, ihren Körper mit dementsprechend mehr Sauerstoff zu versorgen. Dieser Fähigkeit sind jedoch artspezifische Grenzen gesetzt. Wird eine solche Grenze überschritten, kollabiert das Herz-Kreislaufsystem.
Basierend auf diesem Wissen haben Forscherinnen und Forscher des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in einer neuen Metastudie untersucht, in welchen Lebensphasen Meeres- und Süßwasserfische auf der ganzen Welt besonders wärmeempfindlich sind. Dazu trugen die Biologen wissenschaftliche Daten zur Wärmetoleranz von 694 Fischarten zusammen und analysierten, innerhalb welcher Temperaturbereiche Fische als laichbereites („trächtiges“) Tier, als Embryo im Ei, als Larve nach dem Schlupf sowie als erwachsenes Tier außerhalb der Paarungszeit überleben können.
Während der Paarungszeit am empfindlichsten
„Unserer Ergebnisse zeigen, dass Fische als Embryonen im Ei sowie als laichbereite Erwachsene deutlich wärmeempfindlicher sind als im Entwicklungsstadium der Larve oder als geschlechtsreifer Fisch außerhalb der Paarungszeit“, sagt Erstautor und AWI-Meeresbiologe Dr. Flemming Dahlke. „Im globalen Mittel können zum Beispiel Fische außerhalb der Paarungszeit in bis zu 10 Grad Celsius wärmerem Wasser überleben als laichbereite Fische und Fischeier.“
Der Grund für diese unterschiedliche Wärmetoleranz liegt in der Anatomie der Fische: Fischembryonen beispielsweise besitzen noch keine Kiemen, mit denen sie ihre Sauerstoffversorgung steigern könnten. Paarungsbereite Fische dagegen bilden Ei- und Spermienzellen aus. Diese zusätzliche Körpermasse muss ebenfalls mit Sauerstoff versorgt werden, weshalb das Herz-Kreislaufsystem laichbereiter Tiere schon bei niedrigeren Temperaturen enorm gefordert ist.
Jedes Grad Erwärmung erhöht den Druck auf die Fischbestände
Diese Erkenntnisse gelten über Artengrenzen hinweg und offenbaren, dass Fische vor allem während der Paarungszeit sowie im Embryonalstadium besonders empfindlich auf Wärme reagieren. Aus diesem Grund hat das Forscherteam in einem zweiten Schritt analysiert, in welchem Maße die Wassertemperaturen in den Laichgebieten der untersuchten Arten im Zuge des Klimawandels steigen werden. Dazu nutzten sie neue Klimaszenarien (Shared Socioeconomic Pathways – SSP), die auch dem nächsten Weltklimabericht zugrunde liegen werden.
Die Ergebnisse belegen, dass jedes Grad durchschnittlicher Erwärmung die weltweiten Fischbestände in größere Bedrängnis bringt. „Gelingt es der Menschheit, die Klimaerwärmung bis zum Jahr 2100 auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen, werden bis dahin nur etwa zehn Prozent der von uns untersuchten Fischarten ihre angestammten Laichgebiete aufgrund zu warmen Wassers verlassen müssen“, erläutert AWI-Biologe und Ko-Autor Prof. Hans-Otto Pörtner. Bleiben die Treibhausgasemissionen dagegen auf hohem bis sehr hohem Niveau (SSP5-8.5), wäre mit einer durchschnittlichen Erwärmung von fünf Grad Celsius und mehr zu rechnen, die bis zu 60 Prozent der Fischarten gefährden würde.
Begrenzte Anpassungsoptionen
Betroffene Arten wären dann gezwungen, sich entweder evolutionsbiologisch anzupassen – ein Prozess, der vermutlich viel zu lange dauern würde – oder aber ihre Fortpflanzung in eine andere Jahreszeit oder an einen anderen Ort zu verlagern. „Eine solche Verlagerung mag einigen Arten gelingen“, sagt Flemming Dahlke. „Wenn wir jedoch bedenken, dass Fische ihre Fortpflanzung über lange Zeiträume an spezielle Lebensräume angepasst haben und ihre Zyklen auf bestimmte Nahrungsangebote und Meeresströmungen abgestimmt sind, dann ist davon auszugehen, dass eine erzwungene Verlagerung der Laichgebiete große Probleme mit sich bringen kann.“ Fische in Flüssen und Seen stehen zudem vor dem Problem, dass ihr Lebensraum durch die Größe und geographische Lage der Gewässer begrenzt wird. In größere Tiefe oder kältere Regionen abzuwandern, ist für sie nahezu unmöglich.
Neues Detailwissen für bessere Vorhersagen
„Unsere Detailanalysen über alle Entwicklungsstadien der Fische hinweg helfen uns, besser zu verstehen, wie die Arten unter dem Klimawandel leiden und in welchem Maße der Verlust geeigneter Lebensräume die klimabedingte Umwälzung der Ökosysteme vorantreiben wird“, sagt Hans-Otto Pörtner.
Wo Fische abwandern oder ihre Reproduktionsraten sinken, wird es zu neuen Interaktionen zwischen den Arten kommen und die Produktivität der Ökosysteme zum Teil abnehmen. Entsprechende Prognosen zur Zukunft der weltweiten Fischbestände hatte der Weltklimarat bereits in seinem Sonderbericht zum Ozean und der Kryosphäre im Klimawandel veröffentlicht. „Unsere neuen Detailbetrachtungen werden nun einen Beitrag dazu leisten, diese Prognosen zu verbessern“, sagt Hans-Otto Pörtner.
Zusätzliche Informationen für Redaktionen:
Die neue Studie wurde im Rahmen der Forschungsprojekte METAFISH (BMBF finanziert) und TERSANE (DFG finanziert) durchgeführt. In beiden Projekten untersuchen Wissenschaftler und Wissenschaftlerinnen, wie sich unterschiedliche Klimawandelszenarien auf Fische und andere Meerestiere auswirken, wie dies während evolutionärer Krisen in der Erdgeschichte zum Tragen kam und welche Vorteile es bringt, die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius zu begrenzen.
In die vorliegende Studie flossen empirische Daten zu Temperaturexperimenten mit Fischen aus mehr als 100 Jahren Forschung ein. Wann immer für bestimmte Entwicklungsstadien einer Art Temperaturtoleranzdaten fehlten, verwendeten die Wissenschaftler ein statistisches Verfahren, um diese Datenlücken zu füllen. Dieses Verfahren ermöglicht es, fehlende Temperaturtoleranzbereiche auf Basis des Verwandtschaftsgrades von Arten abzuschätzen. Lagen den Wissenschaftlern zum Beispiel die Toleranzbereiche der Fischembryonen und der geschlechtsreifen Tiere einer Art vor, konnten sie mit Hilfe dieses Verfahrens die fehlenden Werte für das Fischlarven-Stadium ableiten. Auf diese Weise gelang es ihnen, die entwicklungsspezifische Temperaturtoleranz für 694 Arten vollständig abzubilden.
Originalpublikation
Die Studie ist unter folgendem Titel im Fachmagazin Science erschienen:
Flemming T. Dahlke, Sylke Wohlrab, Martin Butzin & Hans-Otto Pörtner: Thermal bottlenecks in the lifecycle define climate vulnerability of fish, Science, DOI: 10.1126/science.aaz3658
Hintergrundfoto
Alfred-Wegener-Institut/Sina Löschke (CC-BY 4.0)