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Lexikon der Biologie: Meeresbiologie

Meeresbiologie w, Wissenschaftszweig der Ozeanologie (Meereskunde), der sich mit den im Meer lebenden Organismen, den Bakterien und Pilzen (Meeresmikrobiologie), den Pflanzen (der Meeresflora, Meeresbotanik), und den Tieren (der Meeresfauna, Meereszoologie), beschäftigt. Da Meeresbiologie zudem die Beziehungen der Organismen untereinander sowie zu ihrem von physikalischen und chemischen Faktoren (Elektrolyt- [Elektrolyte] und Gasgehalt, Temperatur, Licht, Dichte, Druck, Strömungen [Meeresströmungen] und anderes) bestimmten Lebensraum aufzuklären versucht, werden je nach Gewichtung der Aufgaben und Fragestellungen auch die Begriffe Meeresökologie (marine Ökologie) und/oder Biologische Meereskunde verwendet – nicht selten durchaus synonym. Analog zur terrestrischen und limnischen Ökologie (Limnologie) versteht sich die marine Ökologie jedoch als drittes Teilgebiet einer Gesamtwissenschaft von den Wechselbeziehungen der Organismen untereinander und zu ihrer unbelebten Umwelt (Ökologie). Und die Biologische Meereskunde beschäftigt sich zusammen mit den physikalischen, chemischen und geowissenschaftlichen Fachbereichen mit dem organismischen Anteil des Gesamtsystems „Meer“ innerhalb der interdisziplinär definierten Ozeanologie. – Ausgehend von der Erfassung des Artbestands als wesentlicher Tätigkeit der Systematik und neuerdings zudem als Folge der 1992 verabschiedeten Agenda 21, zur Frage nach dem quantitativen, durch Zahlen belegbaren Anteil an der gesamten Besiedlung und deren Aufteilung bzw. Zuordnung führend mit dem Ziel, funktionelle Zusammenhänge aller Glieder des Gesamtsystems „Meer“ aufzuklären, waren und sind in der nur rund 200jährigen Forschungsgeschichte der Meeresbiologie (wenn man als Beginn der Meeresforschung die Erdumseglung der Korvette „Challenger“ [1872–76] nimmt [Gerlach 1994]) letztlich alle Disziplinen der Biologie (Morphologie, Physiologie, Biochemie, Fortpflanzungs- und Entwicklungsbiologie, Genetik, Ethologie, Biogeographie, Systematik und Phylogenetik) an ihr beteiligt. Dies ist darin begründet, daß:
1) das Lebendige im Meer entstanden ist,
2) das Meer (Ozeane und Nebenmeere) infolge seiner Weiträumigkeit auch heute noch den größten zusammenhängenden und zugleich den am wenigsten erforschten Lebensraum der Erde bildet (mit ca. 361 Millionen km2 sind rund 3/4 der Erdoberfläche mit Meer bedeckt und bieten, im Gegensatz zu dem nahezu ausschließlich flächig besiedelten Land, den marinen Organismen etwa 1,35 Milliarden km3 Lebensraum),
3) das Meer sich aufgrund natürlicher Zonierungen in viele und vielfältige Biotope, wie z.B. Flachsee, Hochsee und Tiefsee (Tiefseefauna) oder Pelagial (Freiwasserraum) und Benthal (Meeresboden) gliedert ( vgl. Infobox , vgl. Abb. 1 ),
4) die meisten Stämme und Klassen des Pflanzen- und Tierreichs im Meer vertreten sind, dieses also die höchste Biodiversität, wenn auch nicht die größte Artenvielfalt aufweist,
5) unter den Pflanzen die Rotalgen und Braunalgen fast rein marin sind (Algen [Tab.]) und von den 22 Metazoenstämmen immerhin 8 (je nach systematischer Auffassung; Metazoa) ausnahmslos im Meer vorkommen ( vgl. Tab. 1 ) oder, läßt man die Insekten, die ja als echte Landbewohner 75% aller Tierarten umfassen, außer acht, 65% der übrigen bisher bekannten Arten Meerestiere sind, groben Schätzungen zufolge dies aber nur 2/3 der heute im Meer lebenden Arten sein sollen,
6) die meisten der phylogenetisch so aufschlußreichen lebenden Fossilien (Farbtafel), Reliktformen (Relikte) und missing links (Limulus, Lingula, Latimeria chalumnae, Neopilina, Vampyroteuthis, Pogonophora) dem konservierenden Milieu des Meeres entstammen, insbesondere dem der Tiefsee,
7) etwa die Hälfte der biologischen Produktion (Biomasse) der Erde sich im Meer vollzieht,
8) etwa 70% der Menschen am Meer oder in Meeresnähe leben und weltweit zahlreiche und sehr unterschiedliche Meeresorganismen, wie Algen, Wale, Fische, Krebstiere, Weichtiere, aber auch Hohltiere, Stachelhäuter und manches andere mehr als Nahrung (seafood) oder zumindest Delikatessen nutzen, ferner nicht wenige Meeresprodukte ihnen als Rohstoffe für Baumaterialien, Dünger, Kleidung, Schmuck (z.B. Perlen; Perlenzucht), Gegenstände anderer Art, Medikamente (Naturstoffe), Kosmetika und vieles weitere dienen (ein nicht geringer Anteil von heute gewonnenem Erdöl oder Erdgas ist in geologischer Vorzeit [Erdgeschichte] aus Meeresorganismen entstanden; fossile Brennstoffe),
9) die trophischen Beziehungen der Organismen, meist in Form von Nahrungsketten, Nahrungsnetzen oder Nahrungspyramiden dargestellt, eine überragende Rolle im Meer spielen, so daß die Fortpflanzungsbiologie, vor allem als Ökologie von Fortpflanzungs- und Vermehrungsstadien (z.B. Larvenökologie; Larven), und die Produktionsbiologie eine besondere Beachtung finden (Meereswirtschaft),
10) gänzlich unvermutet völlig neue Lebensräume mit entsprechend unbekannten Organismen (Vestimentifera, Weichtiere) im Bereich der untermeerischen heißen Schwefelquellen der mittelozeanischen Rücken (Hydrothermalquellen) entdeckt wurden und wohl auch noch werden und zudem die Lebewelt der Meereis-Gemeinschaft (Kieselalgen, Foraminifera, Geißeltierchen, Wimpertierchen, Strudelwürmer, Copepoda; Meereis) der Biologie des Pelagials ein neues Umfeld eröffnet hat. –
Wesentliche Aufgabe der Meeresbiologie ist, den Stoffkreislauf (Stoffkreisläufe) im Meer messend zu erfassen und die Auf- und Abbauprozesse, die Produktion und Remineralisation, soweit wie möglich quantitativ zu beschreiben. Hierzu werden vielfach sehr speziell entwickelte Methoden benutzt, die bei Einsätzen auf Forschungsschiffen, Experimenten im Labor und unmittelbar im Meer angewandt werden. Ein ausdrückliches Ziel der Meeresbiologie ist seit Jahren, und ist es immer noch, „biologische Systeme in ihrer Wechselwirkung mit der Umwelt so darzustellen, daß Modellvorstellungen (Modell) über die Funktion mariner Ökosysteme entwickelt werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse sollen u.a. auch dazu dienen, vom Menschen hervorgerufene Störungen natürlicher biologischer Prozesse in der marinen Umwelt zu erfassen und zu verstehen. Zu den akuten angewandten Problemen der Meeresökologie gehören die rationelle Nutzung der Nahrung aus dem Meer ohne Zukunftschäden (Algenkulturen, Aquakultur, Fischereibiologie, Muschelkulturen) sowie fundierte Empfehlungen zum Schutz der Meere vor Verunreinigungen und Abfällen, die durch menschliche Aktivitäten verursacht werden“ (Bioremediation, Ölpest, Wasserverschmutzung; vgl. Infobox ). Der zum Schlagwort für das 21. Jahrhundert gewordene „global change“ vollzieht sich im wesentlichen im Meer. „Die Ozeane sind wohl das 'missing sink' im Kohlenstoffkreislauf, und die Lebensumstände der mikroskopischen Algen in den obersten, lichtdurchfluteten Schichten verbinden die beiden großen Sorgen um die Zukunft unserer Lebensumstände – globale Erwärmung (Klima, Klimaänderungen, Treibhauseffekt) und Zerstörung der vor UV-Strahlen (Ultraviolett) schützenden Ozonschicht“ (Ott 1996). – Gegenstand der Meeresbiologie sind die 3 großen Ökosysteme, in die man die marine Biosphäre einteilt: Plankton (einschließlich Pleuston und Neuston), Nekton und Benthos (Benthal). Plankton und Nekton werden auch als Pelagos zusammengefaßt (Götting und andere 1982). Diese Einteilung hat sich, seit C.A.V. Hensen 1887 den Begriff Plankton prägte, bewährt, auch wenn sie problematisch bleibt, weil ein und dieselbe Art je nach Entwicklungszustand dem einen wie dem anderen Ökosystem zuzurechnen ist. – Forschungseinrichtungen der Meeresbiologie: Meeresbiologie wird weltweit betrieben an Meeresbiologischen Instituten ( vgl. Tab. 2 ), Meeresbiologischen Stationen und meist binnenländischen Instituten mit meeresbiologischen Arbeitsgruppen sowie auf Forschungsschiffen, die ständig oder zu besonderen ozeanischen Expeditionen eingesetzt werden ( vgl. Tab. 3 ). Geräte und Methoden: Zur Erfassung der abiotischen Daten (abiotische Faktoren), wie Temperatur, Strömung usw., wurden Methoden in der Ozeanographie erarbeitet. Die Meß- und Sammelmethoden, welche die biologische Probeentnahmen ermöglichen, gliedern sich entsprechend den 3 großen Ökosystemen in solche für Plankton-, Nekton- und Benthosuntersuchungen (Tait 1971, Emschermann et al. 1992, Tardent 1993). Plankton-Proben werden im allgemeinen mit Hilfe unterschiedlicher, im Konstruktionsprinzip jedoch übereinstimmender Planktonnetze gewonnen ( vgl. Abb. 2 ). Gesamtgröße, Öffnungsquerschnitt und Maschenweite werden den jeweiligen Erfordernissen angepaßt. Für Makro- und Megaplankton wird eine Maschenweite von 0,324 mm, für Mikroplankton 0,092 mm und für Nanoplankton 0,063 mm verwendet. Planktonnetze müssen gleichmäßig und langsam durch das Wasser gezogen werden, wobei die Geschwindigkeit des Schiffes 1–2 Knoten nicht überschreiten darf (Beispiel: Hensen-Netz). Um Planktonproben aus einer bestimmten Tiefe zu erhalten, werden an den Netzen entsprechende Verschlußmechanismen angebracht. Bei einer einfachen Form, wie dem Nansen-Schließnetz, wird durch ein Fallgewicht ein Verschlußseil am Netzmund zugezogen. Ein kontinuierlich sammelndes und zudem bei hohen Fahrtgeschwindigkeiten einzusetzendes Gerät ist der torpedoförmige Sammler nach Hardy ( vgl. Abb. 2 ). Ein über einen Propeller angetriebenes Spulensystem zieht einen Gazestreifen durch das in den Sammler eindringende Wasser. Dabei wird das Plankton in der Abfolge seines Eindringens in den Sammler auf dem Gazestreifen aufgefangen und durch einen zweiten schützenden Gazestreifen abgedeckt. Beide Streifen werden in einem Formalin-gefüllten Tank auf eine Spule aufgerollt, so daß das Plankton sofort fixiert wird. Die gute Kenntnis über die Planktonverteilung im Nordatlantik ist darauf zurückzuführen, daß britische Handelsschiffe auf ihren normalen Routen solche vollautomatischen Planktonsammler in Betrieb hatten. – Nekton wird im wesentlichen mit Netzen gefangen, wie sie in der kommerziellen See-Fischerei Verwendung finden (Fischereigeräte). Das für mittlere Wassertiefen entwickelte Isaacs-Kidd-Midwater-Trawl ( vgl. Abb. 2 ) ist ein langer konischer Beutel mit einer Öffnung von 8 m2 und einem winkeligen Gewicht, welches das Netz in der gewünschten Tiefe hält. Es kann bei 6 Knoten Geschwindigkeit geschleppt werden. – Für das Benthos wurde eine Reihe von Geräten hergestellt, die, wie der Petersen-Bodengreifer ( vgl. Abb. 2 ), quantitative Sedimentproben entnehmen oder, wie z.B. Agassiz-Trawl und Dredge ( vgl. Abb. 2 ), Tiere zu fangen vermögen, die auf dem Sediment (Meeresablagerungen) leben. – Da aber alle Proben aus Netzen und anderen Fanggeräten kaum eine echte Vorstellung vom Leben und vor allem vom Verhalten der Tiere im Meer vermitteln können, nahm in den letzten Jahrzehnten das Interesse an einer visuellen Erforschung des Meeres durch Tauchen beachtlich zu. Während das Gerätetauchen im geschlossenen Anzug und mit Helm, wie es bei Schiffsbergungen und an Unterwasserbaustellen genutzt wird, zwar zu Beginn des 20. Jahrhunderts auch zur biologischen Forschung herangezogen wurde, aber doch keinen Eingang fand, hat sich das „Schwimmtauchen als Methode der Zoologie“ (Ankel, 1953), wie es vor allem von H. Hass und J.Y. Cousteau eingeführt wurde, längst durchgesetzt. Um den Tauchern die ständigen Druckschwankungen beim Auf- und Abtauchen, die Dekompression (Caissonkrankheit), zu ersparen, wurden Unterwasserlaboratorien, in denen man beliebige Zeit unter Wasser arbeiten kann, erprobt. Auch Unterwasserfahrzeuge sind inzwischen im Einsatz, so z.B. die Tauchboote „Geo“ (Zwei-Mann-Gefährt von 2 m Länge und 1,25 m Durchmesser) und „Jago“, mit denen H.W. Fricke das Wachstum von Korallen und die Lebensweise der Quastenflosser (Latimeria chalumnae) sowie die „Kinderstube“ der Aale untersuchte, und das französische „Nautile“, das untermeerische heiße Schwefelquellen erforscht. – Bedeutende Beiträge zur Meeresforschung leisteten u.a. W.C. Beebe, G. Böhnecke, C. Chun, C.F.W. Claus, A. Defant, G. Dietrich, A. Dohrn, S. Ekman, E. Forbes, E. Haeckel, C.A.V. Hensen, F.H.A. von Humboldt, A. Kircher, O. Krümmel, H. de Lacaze-Duthiers, J.P. Müller, J. Murray, A. Piccard, E. Seibold, C.W. Thomson. – Artenschutz, Biodiversität, Biomasse (Tab.), Biosphärenreservat (Tab.), Gashydrate, Gewässermikrobiologie, Hydrobiologie, Hydrothermalquellen, Internationales Walfangabkommen, Kleinwalabkommen, Klima, Klimaänderungen, Korallenriffe, Korallensterben, Küstenvegetation, Mangrove, Meeresleuchten, Mittelmeerfauna, Naturschutz, Ökotoxikologie, Plattentektonik, Regression, Wasserkreislauf, Wattenmeer; Fische I Fische II Fische III Fische IV Fische V Fische VI Fische VII Fische VIII , Nationalparke I , Temperatur.

D.Z.

Lit.: Ankel, W.E.: Schwimmtauchen als Methode der Zoologie. Ein Wort zur Xarifa-Expedition von Dr. Hans Hass. Gießener Hochschulbl. 1, 1–3, 1953. Deacon, G.E.R. (Hrsg.): Die Meere der Welt. Stuttgart 1970. Emschermann, P., Hoffrichter, O., Körner, H., Zissler, D. (Hrsg.): Meeresbiologische Exkursionen. Beobachtung und Experiment. Stuttgart, Jena 1992. Fioroni, P.: Einführung in die Meereszoologie. Darmstadt 1981. Franke, H.-D., Lüning, K.: The Challenge to Marine Biology in a Changing World. Helgoland. Meeresunters. 49, 1–4, 1995. Friedrich, H.: Meeresbiologie. Eine Einführung in die Probleme und Ergebnisse. Berlin 1953. Gerlach, S., Zeitzschel, B.: Schwerpunkt Meeresbiologie Mitt. Verb. Deutsch. Biol. Nr. 294, 1353–1356, 1982. Gerlach, S.A.: Spezielle Ökologie: Marine Systeme. Heidelberg – Berlin 1994. Götting, K.-J., Kilian, E.F., Schnetter, R.: Einführung in die Meeresbiologie. 1. Marine Organismen – Marine Biogeographie. Braunschweig 1982. Landelijke Vereniging tot Behond van de Waddenzee Harlingen (Hrsg.): Wattenmeer. Ein Naturraum der Niederlande, Deutschlands und Dänemarks. Neumünster 21977. Lüning, K.: Meeresbotanik. Verbreitung, Ökophysiologie und Nutzung der marinen Makroalgen. Stuttgart 1985. Mann, K.H., Lazier, J.R.N.: Dynamics of marine ecosystems: biological-physical interactions in the oceans. Oxford 1991. Ott, J.: Meereskunde. Stuttgart 21996. Reineck, H.-E. (Hrsg.): Das Watt. Ablagerungs- und Lebensraum. Frankfurt a.M. 31982. Reise, K.: Tidal Flat Ecology. An Experimental Approach to Species Interactions. Berlin, Heidelberg 1985. Sommer, U.: Biologische Meereskunde. Berlin, Heidelberg 1998. Tait, R.V.: Meeresökologie. Eine Einführung. Stuttgart 1971. Tardent, P.: Meeresbiologie. Stuttgart 21993. Thorson, G.: Erforschung des Meeres. Eine Bestandsaufnahme. München 1972. Türkay, M. (Hrsg.): Wattenmeer: Frankfurt a.M. 1998. Valiela, I.: Marine ecological processes. Berlin – Heidelberg 21995.



Meeresbiologie

Abb. 1: Vertikalgliederung des marinen Lebensraums ( vgl. Infobox ).
MHW mittlerer höchster Wasserstand, MW mittlerer Wasserstand, MTW mittlerer tiefster Wasserstand, SPZ Spritzzone (Supralitoral)



Meeresbiologie

Abb. 2: Fanggeräte der Meeresbiologie
1 Hensen-Netz, 2a, b Plankton-Sammler nach Hardy, 3 Isaacs-Kidd-Midwater-Trawl, 4 Petersen-Bodengreifer (geöffnet), 5 Agassiz-Trawl, 6 Ankerdredge nach Forster

Meeresbiologie

Tab. 3: Ozeanische Expeditionen

Jahr Land Schiffsname Forscher Untersuchter Raum
1768 England Endeavour J. Cook Neuseeland, Ostküste Australiens
1772 England Resolution und Adventure J. Cook Neukaledonien, Tonga, Osterinsel
1776 England Resolution und Discovery J. Cook Hawaii, Beringstraße
1815–18 Rußland Rurik J.F.v. Eschscholtz
A. v. Chamisso
Erdumseglung
1831–35 England Beagle C.R. Darwin Erdumseglung
1872–76 England Challenger W. Thomson
J. Murray
Erdumseglung
1874–76 Deutschland Gazelle Th. Studer
G.E.G. v. Schleinitz
Erdumseglung
1876–77 Norwegen Vöringen G.O. Sars
H. Mohn
Nordatlantik
1878 Schweden Vega E.A. Nordenskiöld Nordküste Asiens
Bering-Meer
1885–1914 Monaco L'Hirondelle Fürst Albert I. Mittelmeer
Atlantik
1889 Deutschland National V. Hensen
K. Brandt
Atlantik
1891–1905 USA Albatross A. Agassiz Pazifik, Indik
1898–99 Deutschland Valdivia C. Chun Atlantik, Indik
1899–1900 Niederlande Siboga M. Nierstrasz
J. Versluys
Indones. Archipel
1900 Norwegen Michael Sars J. Murray
J. Hjort
Helland-Hansen
E. Koefoid
Th. Iversen
Atlantik
1925–27 Deutschland Meteor Boehnecke
Hentschel
Merz
Wattenberg
Spiess
Atlantik
1947–48 Schweden Albatross Pettersson
Kullenberg
Erdumseglung
1950–52 Dänemark Galathea Bruun
Steemann-Nielsen
Erdumseglung
1953–54 Österreich Xarifa H. Hass Karibik, Galapagosinseln
1957–58 Österreich Xarifa H. Hass Rotes Meer, Malediven, Australien
1959–65 BR Deutschland Meteor Dietrich Indik
seit 1968 USA Glomar Challenger Scripps Institute of Oceanography International Program of Ocean Drilling (Deep Sea Drilling Project)

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Sudhaus, Prof. Dr. Walter (W.S.)
Tewes, Prof. Dr. Uwe
Theopold, Dr. Ulrich (U.T.)
Uhl, Dr. Gabriele (G.U.)
Unsicker, Prof. Dr. Klaus (K.U.)
Vaas, Rüdiger (R.V.)
Vogt, Prof. Dr. Joachim (J.V.)
Vollmer, Prof. Dr. Dr. Gerhard (G.V.)
Wagner, Prof. Dr. Edgar (E.W.)
Wagner, Eva-Maria
Wagner, Thomas (T.W.)
Wandtner, Dr. Reinhard (R.Wa.)
Warnke-Grüttner, Dr. Raimund (R.W.)
Weber, Dr. Manfred (M.W.)
Wegener, Dr. Dorothee (D.W.)
Weth, Dr. Robert (R.We.)
Weyand, Anne (A.W.)
Weygoldt, Prof. Dr. Peter (P.W.)
Wicht, PD Dr. Helmut (H.Wi.)
Wickler, Prof. Dr. Wolfgang
Wild, Dr. Rupert (R.Wi.)
Wilker, Lars (L.W.)
Wilmanns, Prof. Dr. Otti
Wilps, Dr. Hans (H.W.)
Winkler-Oswatitsch, Dr. Ruthild (R.W.-O.)
Wirth, Dr. Ulrich (U.W.)
Wirth, Prof. Dr. Volkmar (V.W.)
Wolf, Dr. Matthias (M.Wo.)
Wuketits, Prof. Dr. Franz M. (F.W.)
Wülker, Prof. Dr. Wolfgang (W.W.)
Zähringer, Dr. Harald (H.Z.)
Zeltz, Dr. Patric (P.Z.)
Ziegler, Prof. Dr. Hubert
Ziegler, Dr. Reinhard (R.Z.)
Zimmermann, Prof. Dr. Manfred
Zissler, Dr. Dieter (D.Z.)
Zöller, Thomas (T.Z.)
Zompro, Dr. Oliver (O.Z.)

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