Hintergrund | 27.12.2012 | Drucken | Teilen

Ökologie

Das Grauen kommt auf Klauen

Auf dem antarktischen Schelf entfaltet sich ein dramatisches Schauspiel: Invasive Krabben überrennen ein einzigartiges Ökosystem - und zermalmen es.
Königskrabbe

Sieben Menschen drängten sich an einem düsteren Februarabend um eine Reihe von Fernsehmonitoren im hinteren Teil des Forschungsschiffs "Nathaniel B. Palmer". Der Eisbrecher dümpelte rund 30 Kilometer vor der Küste der Antarktis, während ein armdickes Kabel vom Heck baumelte. Am anderen Ende der Verbindung, in 1400 Meter Tiefe auf dem kontinentalen Schelf, glitt ein ferngesteuerter Tauchroboter (ROV) über den Meeresboden und untersuchte eine öde, graue Schlammwüste. Das unheimliche Bild der Verwüstung, das die Kamera zurückfunkte, war der Vorbote einer unerfreulichen Entdeckung.

Das ROV hatte bereits elf verschiedene Standorte auf dem Meeresgrund während der 57-tägigen Forschungsfahrt rund um die Antarktische Halbinsel im Jahr 2010 besucht. Jedes Mal stieß es auf ein Füllhorn voll Leben, vor allem Wirbellose: Seelilien, die sich in der Strömung wiegten, Schlangensterne mit ihren dünnen, zackigen Armen und Seeschweine – Seegurken, die auf aufgequollenen Beinchen über den Meeresboden walzen. Aber auf diesem Ausflug fehlten sie alle.

Königskrabbe
  Königskrabbe außerhalb ihres natürlichen Lebensraums
Normalerweise sind die Schelfgewässer der Antarktis für Krustentiere zu kalt. Mit dem Klimawandel gelangt nun jedoch wärmeres Wasser in die Region – und die räuberischen Krustentiere können sich auf Kosten unzähliger anderer Arten ausbreiten.

15 Minuten später erspähte das ROV die Ursache: Eine rotschalige, spinnenartige Krabbe mit einer Fußspannweite in Schachbrettgröße krabbelte vor das Visier der Kameras. Sie untersuchte gezielt den Boden – linke Klaue, rechte Klaue, linke Klaue – und spürte nach Würmern oder Muscheln. Bald tauchte eine weitere Krabbe auf, gefolgt von einer dritten und einer vierten. In der überfüllten Kajüte brach eine laute Diskussion aus. "Das sind natürliche Invasoren", murmelte Craig Smith, ein Meeresbiologe von der University of Hawaii in Manoa: "Sie folgen dem wärmeren Wasser."

Kalte Temperaturen haben die Krabben seit 30 Millionen Jahren von der Antarktis ferngehalten. Aber wärmeres Tiefenwasser dringt nun auf den kontinentalen Schelf vor, und das scheint das zerbrechliche ökologische Gleichgewicht des Gebiets ins Wanken zu bringen. Eine Analyse von Smith und seinen Kollegen schätzt, dass bereits 1,5 Millionen Krabben die Palmer-Tiefe, einen Tiefseegraben, bewohnen, die das ROV in dieser Februarnacht ansteuerte. Und die ursprünglich heimischen Arten können sich kaum verteidigen. "In der Antarktis existieren keine Schalen knackenden Raubtiere", erklärt Smith. "Wenn diese sich nun breitmachen, können sie eine ganze Reihe endemischer Arten auslöschen."

Viele Forscher sorgen sich, dass die wachsende Krustentierpopulation und andere Folgen der Wassererwärmung ein Tiefseeökosystem, das keinem anderen der Erde gleicht, irreparabel schädigen könnten. Sie beeilen sich nun, diese Folgen zu dokumentieren, noch während sie diese wenig verstandenen Lebensgemeinschaften selbst untersuchen. "Das könnte wirklich eine gravierende Umwälzung für diese einzigartigen, nur hier vorkommenden Ökosysteme bedeuten", mahnt auch der Meeresbiologe Richard Aronson vom Florida Institute of Technology in Melbourne. Er war Teil eines Forscherteams, das die Krabben auf einem anderen Abschnitt des Kontinentalschelfs im Dezember 2010 nachwies. "Irgendwie ist es auch faszinierend und ein bisschen Furcht einflößend, da es eine sehr offensichtliche Folge des Klimawandels ist."

Abgeschirmt durch die Kälte

Aronson sorgt sich bereits seit einem guten Jahrzehnt um die fragilen Lebensgemeinschaften des antarktischen Schelfs. Er verbrachte den Dezember 1994 am nordöstlichen Rand der Antarktischen Halbinsel, wo er Fossilien auf der Insel Seymour sammelte. Die kargen, bröckeligen Hügel dort bewahren die Überreste eines uralten Meeresbodens. In den 200 Meter mächtigen Sedimentgesteinsschichten mit ihren vom Wind frei gelegten Fossilien entdeckte Aronson Belege für das einschneidendste Ereignis in der Geschichte der Antarktis: die endgültige Trennung des Kontinents von Südamerika, die vor 40 Millionen Jahren begann.

"Das sind natürliche Invasoren"
(Craig Smith)

Dadurch konnte sich der Zirkumpolarstrom ausbilden, der den Südkontinent schließlich von wärmeren Luft- und Wassermassen aus nördlicheren Gefilden isolierte und so in einen ewigen Winter verbannte. Aronson und seine Studenten untersuchten 10 000 Fossilien aus der Zeit vor und nach der plötzlichen Abkühlung – in denen sich ein auffälliges Muster offenbarte.

Als die Temperaturen abstürzten, explodierte das Leben auf dem Meeresgrund: Wirbellose Stachelhäuter wie See- und Schlangensterne, Seelilien und Seegurken erlebten eine Blütezeit. Gleichzeitig wurden Verletzungen durch abgerissene Gliedmaßen, wie sie räuberische Haie oder Krabben verursachten, seltener – ein Beleg dafür, dass die Zahl der Beutegreifer abnahm.

Eine physiologische Eigentümlichkeit schloss wahrscheinlich Krabben und Garnelen aus. Sobald die Temperaturen unter ein Grad Celsius sinken, können sie das Magnesium in ihren Körperflüssigkeiten nicht mehr regulieren: Sie werden regelrecht betäubt, träge und ihre Atmung ist gelähmt. Die meisten der rund 100 Fischarten, die man gegenwärtig vom antarktischen Schelf kennt, gehören zu einer einzigen Unterordnung, deren Mitglieder Frostschutzproteine entwickelt haben. Diese sorgen dafür, dass ihr Blut selbst unter dem Gefrierpunkt noch fließt, und ermöglichten ihnen, die meisten ökologischen Nischen in der eisigen See zu besetzen. Ihnen fehlen aber kräftige Kiefer.

Ein Tor in die Vergangenheit

Das bewahrte ein Ökosystem, das an die Zeit vor 350 Millionen Jahren erinnert, als langsam kriechende Wirbellose wie Seesterne, Seespinnen oder Schnurwürmer die Nahrungsnetze dominierten. "Der ganze Kosmos dort unten besitzt einen stark paläozoischen Geschmack", sagt Aronson. Weil die natürliche Selektion mangels starker Beutegreifer aufgeweicht wurde, verzichteten viele Arten auf ihre Abwehrmechanismen, erklärt James McClintock von der University of Alabama in Birmingham. Tiere am Grund der antarktischen See "sind nur sehr schwach verknöchert oder gepanzert", so der Forscher. "Man kann eine antarktische Muschel einfach in der Hand zerbrechen."

Drohender Invasor
  Drohender Invasor

Etwa in der Mitte der 2000er Jahre festigte sich bei Aronson der Gedanke, dass die Verhältnisse, die bislang das Tor in die Vergangenheit hüteten, umkippen könnten, wenn sich das Meer weiter erwärmt. Die zwischenzeitlich ausgeschlossenen dominanten Raubtiere würden zurückkehren und unter den Eremiten schwere Verwüstungen anrichten. Diese Vorhersage von ihm steht nun unter Beobachtung.

Weil sich die Atmosphäre erwärmt und gleichzeitig noch immer das Ozonloch über dem Südpol aufreißt, verstärken sich die Westwinde rund um den Südkontinent und intensivieren damit den Zirkumpolarstrom. Diese Veränderungen ziehen am Ende der Kette relativ warmes, salzreiches und damit dichtes Wasser aus 4000 Meter Tiefe des Südpolarmeers nach oben, so dass es langsam über den Rand des Kontinentalschelfs schwappt und dort das kältere Wasser verdrängt.

Der Ozeanforscher Douglas Martinson vom Lamont-Doherty Earth Observatory in Palisades, New York, dokumentierte diesen Prozess auf der westlichen Seite der Antarktischen Halbinsel, wo die Krabben mittlerweile vordringen. Martinson installierte fünf Temperatur- und Strömungssensoren rund um den Marguerite-Graben, einen tiefen Canyon, der während vergangener Eiszeiten durch Gletschervorstöße bis an den Rand des Kontinentalschelfs aus dem Meeresboden gefräst wurde. Die Messplattformen zeichneten einen heimtückischen Prozess auf: Während der Zirkumpolarstrom am Rand des Schelfs entlangschrammt, prallt er frontal auf die steilen Wände des Canyons. Etwa einmal die Woche wabert dann eine Blase von etwa 100 Kubikkilometer warmen Wassers nach oben und ergießt sich auf den Schelf. Sie entsteht durch die Kollision, bei der sich immer wieder diese Wirbel abscheiden. Das Gleiche passiere andernorts ebenso, sagt Martinson: "Es sieht so aus, als würde dies überall stattfinden, wo Canyons den Rand des Schelfs zerfurchen.

Kleine Unterschiede, große Wirkung

Die Temperatur des eindringenden Wassers liegt bei nur 1,8 Grad Celsius, doch die Wirkung ist in einer Region tief greifend, wenn die Verhältnisse sonst zwischen 1 und minus 2 Grad Celsius liegen. Und der Warmwasservorstoß habe wohl erst in jüngster Zeit begonnen, meint der Meeresgeologe Eugene Dormack vom Hamilton College in Clinton, New, York. Er hatte 2010 die Fahrt zur Palmer-Eintiefung geleitet.

Dormack gelang es, diesen Zeitraum einzugrenzen, indem er Kohlenstoff-14-Daten von Tiefseekorallen des kontinentalen Schelfs auswertete. Die Korallen waren 400 Jahre lang ungestört gewachsen, bevor sie von den Forschern emporgeholt wurden. Der 14C-Gehalt wuchs in den ersten 350 Jahren gemächlich, aber konstant an, bevor er plötzlich fiel – ein Indiz dafür, dass die Organismen in Wasser mit verringerten 14C-Konzentrationen badeten. Das Wasser aus den Tiefen des Zirkumpolarstroms würden in dieses Bild passen: Über Jahrhunderte war es vom Kohlenstoff der Atmosphäre abgeschirmt und verarmte daher an 14C. Auf Basis dieser Messungen schloss Dormack, dass der Warmwasservorstoß "irgendwann rund um die vorletzte Jahrhundertwende bis 1920 oder 1930" eingesetzt haben muss.

"Das könnte wirklich eine gravierende Umwälzung für diese einzigartigen, nur hier vorkommenden Ökosysteme bedeuten"
(Richard Aronson)

Demnach begann er zwar schon am Ende der Kleinen Eiszeit – eine relativ kühle Phase, die im Mittelalter begann –, doch intensivierte er sich mit der anthropogenen Erderwärmung und dem Aufreißen des Ozonlochs. Die durchschnittlichen Wassertemperaturen westlich der Antarktischen Halbinsel haben sich in den letzten 50 Jahren um ein Grad Celsius erhöht und steigen weiter um 0,01 bis 0,02 Grad Celsius pro Jahr. "Die Wärmezufuhr geht durch die Decke. Die Temperaturen steigen fast exponentiell", so Martinson.

Die Invasion schreitet voran

Der erste Beleg, dass die Krabben sich anschickten, zusammen mit dem warmen Wasser den Schelf zu erobern, tauchte 2007 auf. Sven Thatje von der University of Southampton schickte ein ROV am Kontinentalabhang der Antarktischen Halbinsel hinab, wo es glaziale Aushöhlungen kartieren sollte. Aber seine Kameras zeichneten in 1100 bis 1300 Meter Tiefe auch 13 Königskrabben (Paralomis birsteini) auf. Der Meeresbiologe hatte zuvor die Kältetoleranz dieser Krustentiere studiert und daraus geschlossen, dass sie weiter nördlich in 2000 bis 4000 Meter Tiefe überleben könnten, wo das Wasser um ein bis zwei Grad Celsius wärmer ist. "Aber dann fanden wir sie sogar auf dem Kontinentalabhang", nur 500 Meter unterhalb des Schelfs selbst, berichtet er. "Diese Krabben gediehen bei einem Grad Celsius – ihrer eigentlichen physiologischen Grenze, wie ich vermutet hatte."

Krabbe auf dem Vormarsch
  Krabbe auf dem Vormarsch

Aber erst Smiths Beobachtung von Königskrabben der Art Neolithodes yaldwyni im Inneren des Schelfs, 120 Kilometer vom Rand entfernt, bestätigte, dass es sich um eine echte Invasion handelt. Westlich der Halbinsel lagert kaltes auf wärmerem Wasser. Um die Palmer-Tiefe vom offenen Meer aus zu erreichen, mussten die Krabben oder ihre Larven eine Art Kaltwasserpass 450 Meter unter dem Meeresspiegel überqueren, bevor sie sich in der Palmer-Tiefe ansiedeln konnten, die in 800 bis 1400 Metern liegt.

Im Dezember 2010 kehrte Thatje zusammen mit Aronson und McClintock in die Antarktis zurück und zog einen Unterwasserroboter an den Hängen des Kontinentalschelfs im Bereich des Marguerite-Trog rauf und runter. Das ROV graste eine Weglänge von 100 Kilometern am Meeresboden ab und schoss 150 000 Bilder, die hunderte Paralomis birsteini zwischen 2300 und 800 Meter Tiefe zeigten. "Wenn man das extrapoliert, kommt man auf Millionen Krabben", rechnet McClintock hoch.

Der Krabbeneinmarsch könnte vor ein bis zwei Jahrzehnten begonnen haben. Als Smith alte Bilder aus der Palmer-Tiefe von 1998 noch einmal betrachtete, bemerkte er typische Klauenabdrücke im Meeresboden – ein Hinweis darauf, dass erste Exemplare schon vorhanden gewesen sein mussten, selbst wenn die Kamera sie noch nicht dingfest gemacht hatte. Dormack wiederum betrachtete 30-jährige Temperaturzeitreihen, die während früherer Fahrten gemacht worden waren, und fand heraus, dass sich das Tiefseetal währenddessen langsam erwärmt hatte. Smith vergleicht nun Gensequenzen von Krabbenmaterial aus der Palmer-Tiefe mit Proben aus tieferen, wärmeren Gewässern weiter nördlich: Damit könnte er den genauen Ursprung der Tiere und den Zeitpunkt ihrer Ankunft genau eingrenzen.

Doch man muss die genaue Geschichte der Invasion nicht kennen, um die offensichtlichen Folgen zu bemerken. Normalerweise kämpfen Tiere in den Randbereichen ihrer physiologischen Fähigkeiten mit dem Überleben und der Fortpflanzung. Doch 19 der 27 Krabben, die Smith während seiner Tour 2011 gesammelt hat, entpuppten sich als befruchtete Weibchen mit Eiern oder Larven. "Diese Population vermehrt sich wie verrückt", sagt er: "Sie ist gekommen, um zu bleiben und sich zu vermehren." Sollte sich der Deckel aus kaltem Wasser in den nächsten 10 bis 20 Jahren weiter lüpfen, könnten die Krabben aus der Palmer-Tiefe und dem Marguerite-Trog schwärmen und den breiteren Kontinentalschelf bis in eine Höhe von 400 bis 600 Metern kolonisieren: Es wäre das Ende des endemischen Lebens hier.

Erdrückende Wärme

Das wärmere Wasser bringt zudem noch weitere Risiken für die Meeresgärten der Region. Die meisten Arten hier reagieren extrem empfindlich auf Temperaturanstiege. Die Schlangensterne und anderen Wirbellosen besitzen einen extrem langsamen Stoffwechsel – eine Anpassung an das kalte Wasser – und nur eine dürftige Leistungsfähigkeit, Sauerstoff aufzunehmen und zu transportieren. "Was machen diese Organismen also, wenn es wärmer wird und ihr Stoffwechsel aufdreht?", fragt der Biologe Lloyd Peck vom British Antarctic Survey in Cambridge, der die Tiere in Wärmeexperimenten im Aquarium beobachtet hat: Ihr Sauerstoffbedarf übersteigt die Leistungsfähigkeit der Kiemen, und sie siechen langsam dahin.

"Diese Population vermehrt sich wie verrückt. Sie ist gekommen, um zu bleiben und sich zu vermehren"
(Craig Smith)

Rund die Hälfte der zwei Dutzend Arten, die Peck bislang untersucht hat, kommen mit Wasser zurecht, das zwei Grad Celsius wärmer ist als das momentane Sommermaximum. Alle anderen scheinen aber zu leiden. "Mindestens zwei der Spezies, von denen wir annehmen, dass sie als Erste verschwinden, könnten bei Verlust das ökologische Gleichgewicht aus der Balance bringen", fügt er an: die antarktische Muschel Laternula elliptica und der Flachwasserschlangenstern Ophionotus victoriae. Beide sind Schlüsselarten, die totes Plankton und andere organische Abfälle fressen, die von weiter oben herabrieseln. Sie wandeln es in neue Biomasse um, von der sich der Rest auf dem Meeresboden ernährt. Beide sterben jedoch oder werden sehr träge, sobald die Temperatur auch nur ein Grad Celsius über dem üblichen Sommermaximum liegt – Werte, die zum Ende des Jahrhunderts normal sein dürften.

Stattdessen könnten Mikroben einen größeren Anteil des Bestandsabfalls fressen, statt dass dieser in fressbare Biomasse umgewandelt würde – weniger Tiere könnten auf dem Meeresboden existieren. Oder aber filtrierende Schwämme vermehren sich massenhaft, um die Lücke zu schließen. Unabhängig davon dürfte die Zahl der räuberischen, archaischen Seesterne, Schnurwürmer und Seespinnen am oberen Ende der Nahrungskette jedoch beträchtlich zurückgehen.

Der Meeresökologe Julian Gutt vom Alfred-Wegener-Institut in Bremerhaven schätzt Smiths Arbeit mit den Krabben. Er hält sich aber noch mit einer endgültigen Beurteilung zurück, ob die Krustentiere ein neues Teilchen eines destruktiven Puzzles sind – oder ob sie schon lange zum Inventar gehören. Wiederholte Bestandsaufnahmen, die zeigen, dass die Krabben ihren Einflussbereich ausdehnen, würden eine Invasion bestätigen, sagt er. "Sollten sie tatsächlich in neue Lebensräume vordringen, wären die Folgen wirklich beträchtlich."

Aronson selbst bleibt jedenfalls auf der Hut und achtet sorgsam auf Hinweise, ob diese Einwanderung geschieht. Seinen Erfahrungen gemäß ist Optimismus nicht gerechtfertigt. "Jedes Mal, wenn wir eine Prognose machen, was in 50 Jahren geschehen könnte, stellt sie sich – peng – bereits zehn Jahre später ein. Ich denke, dass diese Invasion sehr viel schneller vonstattengeht, als wir konservativen Wissenschaftler normalerweise vorhersagen."

© Spektrum.de
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