Die Arktis ist einer der faszinierendsten und am wenigsten erforschten Lebensräume der Erde. Ihre Größe und ihre Unwirtlichkeit erschweren jede Bemühung, das Ökosystem vollständig abzubilden. Ein genaueres Verständnis wäre wünschenswert: Die Arktis hat große Bedeutung für das Klima des Planeten und für den Wirtschaftszweig Fischerei, insbesondere seit sich durch das Abschmelzen des Eises der Lebensraum rasant ändert. Eine Methode namens „Biological Trait Analysis“ ist in der Lage, ein genaueres Bild der Lebewesen des arktischen Meeresbodens zu liefern. Dabei werden nicht nur Tierarten gesammelt und klassifiziert, sondern auch ihre Funktionen im Ökosystem abgebildet, was einen tiefen Einblick in die Zusammenhänge dieses Lebensraums erlaubt. Die Biologin Renate Degen von der Universität Wien arbeitet im Rahmen eines vom Wissenschaftsfonds FWF finanzierten Hertha-Firnberg-Stipendiums daran, mit dieser Analyse-Methode erstmals ein detailliertes Bild des Ökosystems des arktischen Meeresgrunds zu erstellen.

„Die Methode kommt aus dem Süßwasser und aus der terrestrischen Ökologie. Im marinen Bereich ist das relativ neu, im polaren Gebiet ist es überhaupt etwas ganz Neues „, erklärt Renate Degen. Der Begriff „Trait“ steht für eine messbare Eigenschaft eines Organismus: „Es geht darum, was die Organismen mit ihrem Lebensraum machen, und wie sie mit anderen Organismen und der unbelebten Umwelt interagieren. Das betrifft, wie sich Tiere bewegen, ob sie im Sediment graben oder sich darauf fortbewegen, wie sie sich ernähren, ob sie räuberisch tätig sind oder aus dem Wasser filtrieren“, sagt Degen. Diese Daten werden schließlich mit mathematischen Methoden analysiert. „Man erfasst ein funktionelles Spektrum, das man in Zahlen umwandeln kann, um es auszuwerten.“

Das ist in der Arktis deutlich schwieriger als an Land, wo diese Methode üblicherweise eingesetzt wird. „Die meisten Publikationen der terrestrischen Ökologie, die diese Methode verwenden, beschäftigen sich mit Grasländern. Man hat da Organismen, die nicht weglaufen können.“ Für arktische Gewässer gebe es mehrere Ansätze: „Eine Möglichkeit sind Schleppnetze, die über den Boden gezogen werden. Das funktioniert für Lebewesen, die an der Oberfläche des Sediments leben. Diejenigen unter der Oberfläche werden da leicht übersehen, man nimmt also zusätzlich Greifer, die ins Sediment hineingraben“, schildert Degen. Das dritte Element sind Foto- und Videoaufnahmen. „Durch das Auswerten all dieser Datensätze bekommen wir ein umfassendes Bild des Ökosystems und nicht nur einen kleinen Ausschnitt.“

Internationale Kooperationen

Renate Degen, die selbst an verschiedenen Expeditionen in arktische Gewässer teilgenommen hat, konzentriert sich für dieses Projekt auf das Sammeln bereits vorhandener Daten. „Dieser großflächige Ansatz ist nur möglich, weil ich dank internationaler Zusammenarbeit auf Daten zugreifen darf, die schon existieren und zum Teil publiziert sind“, erklärt die Forscherin. „Mittlerweile ist das eine sehr große Kollaboration geworden. Das Interesse, an diesem Projekt mitzuwirken, ist sehr hoch.“ Forschungsgruppen aus Norwegen, Polen, Deutschland und den USA haben ihre Ergebnisse zur Verfügung gestellt.

Die Besonderheit des arktischen Ökosystems ist das jährliche Wachsen und Schmelzen des Eisschilds. „Es ist ein halbes Jahr dunkel, das heißt, es findet keine Photosynthese statt, alle Lebensprozesse sind damit zurückgefahren. Im Frühling, wenn das Eis zu schmelzen beginnt und die Sonne zurückkommt, kommt es zu großen Planktonblüten, das ist wie ein Erntedankfest, allerdings nur, wenn Nährstoffe vorhanden sind. Und dafür sind die benthischen Lebewesen, also die am Meeresgrund, sehr wichtig, weil sie an deren Rückführung in den Nahrungskreislauf beteiligt sind.“ Die Dichteunterschiede zwischen Schmelzwasser und Salzwasser sorgen außerdem für Durchmischung. Der klimatisch bedingte Rückgang des Eises verändert diese Zusammenhänge massiv. Die Veränderung der Arktis sei jetzt schon augenscheinlich, berichtet Degen.

Frühwarnsystem

„Noch sind keine Arten ganz verschwunden, aber wir merken schon, dass sich die Verhältnisse geändert haben. Deshalb ist diese Trait-Methode so interessant. Sie funktioniert wie ein Frühwarn-System. Bevor eine Art verschwindet, ändern sich oft die Verhaltensweisen. Das kann man mit der Trait-Methode schon feststellen.“ Generell zeigt sich, dass Allrounder die besseren Überlebenschancen haben. „Bestimmte Krabben sind aus dem Süden eingewandert, etwa die Schneekrabbe. Das ist eine sehr große Krabbenart, die auch kommerziell befischt wird. Ich war im Sommer in Spitzbergen. Bis vor einigen Jahren waren die nur in Nordnorwegen verbreitet. Mittlerweile findet man die schon in Spitzbergen“, sagt Degen. Mithilfe der „Biological Trait Analysis“ lassen sich solche arktischen Veränderungen nun genauer untersuchen.

Zur Person
Renate Degen (http://www.hydrothermalvent.com/php/live/index.php/postdoc/133-dr-renate-degen) ist Biologin an der Universität Wien, in der Abteilung für Limnologie und Bio-Ozeanografie (http://limbo.univie.ac.at/), wo sie im Rahmen eines Hertha-Firnberg-Stipendiums des Wissenschaftsfonds FWF forscht. Ihr Interesse gilt biologischen Zusammenhängen des Meeresbodens, insbesondere in der Arktis.

Publikationen
Stelzenmüller V., Coll M., Mazaris A.D, Giakoumi S., Katsanevakis S., Portman M., Degen R. et al: A risk-based approach to cumulative effect assessments for marine management (http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969717323100?via%3Dihub). Science of the Total Environment 612: 1132-1140, 2017

Majaneva S., Peeken I., Choy E., David C., Degen R., Górska B., Jørgensen L., Kirievskaya D., Mazurkiewicz M., Narcy F., Richard J., Rastrick S., Kedra M., Berge J., Bluhm B.: Marine Biodiversity: From Individuals to Pan-Arctic (https://www.researchgate.net/publication/281744017_Arctic_Biodiversity_-_Marine_Biodiversity_From_Individuals_to_Pan-Arctic). ART Priority Sheets, 2015

Degen R., Vedenin A., Gusky M., Boetius A., Brey T.: Patterns and trends of macrobenthic abundance, biomass and production in the deep Arctic Ocean (http://www.tandfonline.com/doi/full/10.3402/polar.v34.24008). Polar Research 34, 24008, 2015

Kedra M., Moritz C., Choy E.S., David C., Degen R. et al.: Status and trends in the structure of Arctic benthic food webs (http://www.tandfonline.com/doi/full/10.3402/polar.v34.23775). Polar Research 2015, 34, 23775, 2015

Bild und Text ab Montag, 13. November 2017 ab 9.00 Uhr MEZ verfügbar unter: http://scilog.fwf.ac.at

Wissenschaftlicher Kontakt
Dr. Renate Degen
Department für Limnologie und Bio-Ozeanographie
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Althanstraße 14
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E renate.degen@univie.ac.at
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