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Lexikon der Biologie: Polarregion

Polarregion w, Polargebiet, Sammelbezeichnung für die innerhalb der Polarkreise um die beiden Erdpole (Erde) liegenden Land- und Meeresräume. Die nördliche Polarregion wird Arktis, die südliche Antarktis genannt. Die Forschung in den Polargebieten (Arktis und Antarktis) wird in der Bundesrepublik Deutschland durch das Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (Meeresbiologie [Tab.]) koordiniert und durchgeführt. Ihm steht seit 1982 mit dem Eisbrecher „Polarstern“ ein höchsten Ansprüchen der Polarforschung genügendes Forschungsschiff zur Verfügung.

Arktis

Die Arktis umfaßt eine zum Teil vom Polareis bedeckte Meeresfläche von rund 12 Millionen km2, die von den nördlichsten Gebieten der Holarktis umrahmt wird. Die Südgrenze der Arktis wird von verschiedenen Autoren unterschiedlich festgelegt. Als klimatologische Grenze wird die 10 °C-Isotherme des wärmsten Monats (Juli) genannt oder die 0 °C-Isotherme der Jahresdurchschnittstemperatur. Vielfach wird auch die Baumgrenze als Grenzlinie genommen und damit die Polarsteppe der Tundra (Europa) zur Arktis gerechnet, während wieder andere erst die Kälte- und Eiswüsten nördlich des Tundrengürtels zur Arktis zählen. Der deutsche Ökologe Hermann Remmert bevorzugt als Grenze der Arktis den Polarkreis (66,5° n.Br.). Da die arktischen Teile der Holarktis in direktem Kontakt mit den großen, südlich davon sich erstreckenden Gebieten dieser Region stehen, konnten dort lebende Vertreter in die Arktis einwandern (Einwanderung), so daß wir in der Arktis eine arten- und formenreiche Pflanzen- und Tierwelt antreffen. – Die Tierwelt der hocharktischen Gebiete ist in ihrer Ernährungsgrundlage wesentlich vom Eismeer (Meereis [Abb.]) abhängig, das aufgrund seiner hohen Phytoplanktonproduktion dafür günstige Voraussetzungen bietet. Ausgehend von dieser reichen Primärproduktion und dem davon sich ernährenden Zooplankton (Plankton) führt die Nahrungskette über Fische zu den arten- und individuenreichen Fischfressern, Robben und vornehmlich Vögeln wie Kormoranen, Alken, Lummen, Sturmvögeln und Tölpeln, welche die dortigen Steilküsten (Felsküste) besiedeln (Vogelberge; Kolonie [Abb.], Koloniebrüter [Abb.]), schließlich zu dem typischen Großräuber im nördlichen Eismeer und auf den Packeisflächen, dem Eisbären. Die angrenzende Tundrenregion bietet mit ihrer Vegetation nicht nur großen Pflanzenfressern, wie Rentier, Moschusochse, Schneehase, Lemming, Gänsen und anderen, eine Nahrungsgrundlage, sondern im Sommer wegen ihres Insektenreichtums auch insektenfressenden Vogelarten, die im Winter das Gebiet wieder verlassen. Vor allem der Reichtum an Pflanzenfressern bietet wiederum auch einigen Landraubtieren eine Existenzgrundlage, so etwa dem Polarfuchs (Eisfuchs) und der Schnee-Eule. Mehrere Vertreter der arktischen Fauna haben eine circumpolare Verbreitung (Europa, Paläarktis, Nordamerika). Durch die pleistozänen Eiszeiten (Pleistozän) ist es auch zu einem gewissen Austausch zwischen arktischer und alpiner Flora und Fauna gekommen (arktoalpine Disjunktion; arktoalpine Formen, Europa). Weiteres über die Tier- und Pflanzenwelt der Arktis: Asien, Europa, Nordamerika, Holarktis, Paläarktis.

Antarktis

Im Gegensatz zur Arktis liegt in der Antarktis ein einheitlicher Kontinent vor, den man biogeographisch als Antarktika (Archinotis) bezeichnet. Der antarktische Kontinent umfaßt (ohne Inseln und Schelfeis) rund 12 Millionen km2, mit Schelfeis ca. 14 Millionen km2, ist damit doppelt so groß wie Australien und anderthalbmal so groß wie Europa. Vielfach nimmt man als Grenze der antarktischen Region die antarktische Konvergenz, einen Bereich, in dem Oberflächenwasser der nördlicheren (subantarktischen) Meeresbereiche, mit einer Sommertemperatur von 5 °C bis 6 oC, auf das um ca. 3 oC kältere antarktische Oberflächenwasser geringerer Salinität trifft. Die antarktische Konvergenz verläuft etwa zwischen dem 50. und 60. Breitengrad, wodurch außer dem antarktischen Kontinent zahlreiche Inseln (z.B. gerade noch die Kerguelen, weiter aber die Süd-Sandwich-Inseln, Süd-Orkney- und Süd-Shetland-Inseln und andere) zur Antarktika gerechnet werden. Auch sie sind noch weitgehend vergletschert (Gletscher) und tragen dadurch polare Züge, weisen aber doch schon eine gewisse Vegetation auf und sind von weiteren Tierarten besiedelt, die dem antarktischen Kontinent fehlen. Dieser ist zu 98% ganz mit einer bis zu 3000 m mächtigen Eiskappe bedeckt, aus der vor allem im Bereich des Gebirges an der Küste zum Ross-Meer eisfreie Berggipfel (sog. Nunatakker) von über 2000 m Höhe und selbst eisfrei bleibende Süßwasserseen („Oasen“) herausragen. Erst in den 1970er Jahren wurde in der Ostantarktis mit den subglazialen „Seen“ (darunter der Wostok-See) ein neuer, bisher noch nicht erforschter Lebensraum entdeckt ( vgl. Infobox ). – Die Antarktis ist nicht nur der kälteste, sondern auch der sturmreichste Kontinent – 2 Faktoren, welche die Besiedlung mit Pflanzen und Tieren wesentlich erschwerten. Nach den heutigen Vorstellungen der Paläogeographie (Plattentektonik, Kontinentaldrifttheorie) war der antarktische Kontinent wohl bis in das frühe Tertiär mit Australien und Südamerika (Feuerland) und Afrika verbunden; denn die Antarktis war lange Zeit ein Bestandteil eines heute „zerbrochenen“ großen Südkontinents (Gondwanaland), der außer Südamerika und Australien auch Afrika einschloß. Die heutigen Temperaturverhältnisse herrschen in der Antarktis wohl erst seit dem Pliozän, wie der Nachweis von fossilen Pflanzen und Tieren zeigt, die ein wärmeres Klima (und Süßwasser) beanspruchen. So enthält noch die tertiäre Fossilflora der antarktischen Halbinsel Farne (wie Asplenium [Streifenfarn], Dryopteris), Nacktsamer (Araucaria), Stieleibengewächse (Podocarpaceae) und Bedecktsamer (Sauergräser, und mit der Südbuche = Nothofagus auch Buchengewächse). Im Unterperm war in der Antarktis (und dem gesamten, damals noch zusammenhängenden Gondwanaland) eine typische Flora von Farnpflanzen und Farnsamern (Glossopteris-Flora; Glossopteridales, Gondwanaflora) verbreitet. In diesem Zusammenhang interessante fossile Tiere sind z.B.: die Reptilien Lystrosaurus (Dicynodontia), Thrinaxodon und Procolophon (Procolophonidae) aus der älteren Trias (die man auch von Südafrika bzw. Südamerika fossil kennt), ferner Beuteltiere aus der Familie Polydolopidae aus dem Alttertiär. Der Nachweis fossiler Beuteltiere spricht dafür, daß diese heute nur in Südamerika (und mit den Opossums in Nordamerika) und Australien verbreitete Tiergruppe von Südamerika aus über die „Antarktisbrücke“ nach Australien gelangt ist, wo sie wegen fehlender Konkurrenz durch Höhere Säugetiere (Placentalia) eine adaptive Radiation erfahren hat (Thenius). Bezüglich der rezenten (heutigen) Flora und Fauna ist der antarktische Kontinent der artenärmste unter allen biogeographischen Regionen. – Mit Ausnahme von nur 2 Blütenpflanzen besteht die gesamte Flora der Antarktis aus kleinen blütenlosen Sporenpflanzen wie Algen, Flechten, Pilzen und Moosen, worunter viele endemische Arten (Endemiten) sind. Diese landlebenden Pflanzen (Landpflanzen) müssen extremen Bedingungen standhalten, wie geringer Luftfeuchtigkeit, niedrigen Temperaturen und Mangel an Bodenkrume. Die reichsten Flechtenvorkommen (z.B. Arten von Usnea) liegen auf der geschützten Westseite der antarktischen Halbinsel. Die Anzahl der Arten wird auf ca. 100 geschätzt. Die Flechten wachsen mit nur 10 bis 16 mm Durchmesserzuwachs in 100 Jahren außerordentlich langsam. Moose können unter ähnlich extremen Bedingungen wie Flechten überleben, sie benötigen aber wenigstens kleine Flecken sandiger Böden. Besonders gut gedeihen sie in der Umgebung von Brutkolonien, wo Vogelkot und Nistmaterial die Bodenstruktur verbessern. Die etwa 25 verschiedenen Arten von Laubmoosen sind ebenfalls vorwiegend auf der antarktischen Halbinsel anzutreffen (z.B. Polytrichum alpestre, Chorisodontium aciphyllum und verschiedene Bryum-Arten [Bryaceae, Wassermoose]). Neben den Laubmoos-Arten gibt es auch noch 5 Arten der nahe verwandten Lebermoose. Lediglich im Randgebiet der Antarktis (bis etwa 68°21' s.Br.) treten 2 Arten von Gefäßpflanzen auf: die antarktische Schmiele (Deschampsia antartica; Familie Süßgräser), und Colobanthus crassifolius (Familie Nelkengewächse). Die beiden mehrjährigen Arten wachsen an geschützten Stellen, an denen Moos-Flechten-Gemeinschaften ihre Ansiedlung ermöglichen, und pflanzen sich im wesentlichen vegetativ fort, doch kommt es gelegentlich auch zur Blüte (Deschampsia hat kleistogame Blüten [Kleistogamie] und kann so auf Bestäuber verzichten). Bäume und Sträucher fehlen auf dem antarktischen Kontinent völlig; ebenso eine für die Arktis so typische Tundrenvegetation. Daher fehlt hier die Grundlage für pflanzenfressende Wirbeltiere und damit für deren Räuber völlig. Nur winzigen Gliedertieren kann die dürftige Flechten- und Moosvegetation als Nahrung dienen. Gemessen an dem Reichtum dieser artenreichen Tiergruppe in anderen Gebieten, ist sie hier nur spärlich vertreten. An Insekten kennt man nur 12 Arten, darunter vor allem Springschwänze, u.a. mit der Gattung Isotoma (von der Vertreter als „Gletscherflöhe“ auch in den Alpen vorkommen; Gleichringler), und eine Mückenart, Belgica antarctica (Unterfamilie Clunioninae), die auch auf den antarktischen Inseln vorkommt und völlig flügellos ist – eine Anpassung an das stürmische Wetter. Von den antarktischen Inseln, z.B. Kerguelen, sind zahlreiche flügellose Insektenarten bekannt, sowohl Fliegen als auch Schmetterlinge (Flügelreduktion [Abb.]). An freilebenden Milben kennt man 42 Arten. Dazu kommen Gliederfüßer, die an Vögeln und Robben, besonders in deren Nasenhöhlen, parasitieren, so Federlinge, Läuse, ein Vogelfloh und parasitische Milben. Im Kontakt mit ihren warmblütigen Wirten entgehen diese Parasiten der Kälte. In den nur im Sommer kurzfristig eisfreien Süßgewässern treten als Primärproduzenten vor allem Blaualgen (Cyanobakterien) auf, ferner Grünalgen, die sich auch auf gerade anschmelzendem Schnee als sog. „Schnee- und Eis-Algen“ finden, darunter Vertreter der weltweit verbreiteten Gattungen Chlorella (Oocystaceae), Chlamydomonas und Pleurococcus. Sie liefern die Nahrungsgrundlage für einige Süßwassertiere, so für Bärtierchen, Fadenwürmer, Rädertiere und kleine Süßwasserkrebse (Wasserflöhe, Hüpferlinge, Muschelkrebse und Kiemenfußkrebse). – Alle Landwirbeltiere des antarktischen Kontinents erhalten ihre Ernährungsgrundlage letztlich vom Meer. Das marine Phytoplankton wird im wesentlichen von Kieselalgen (Diatomeen) gestellt, die sogar das Packeis selbst an seiner Unterseite und im Innern in großer Dichte besiedeln. Diese „Eisalgen“ werden von zahlreichen Wimpertierchen, Kleinkrebsen und Jungfischen abgeweidet. Da auf den Kontinent auftreffende Meeresströmungen Nährstoff-(Stickstoff- und Phosphor-)reiches Tiefenwasser an die Oberfläche (in die belichtete, trophogene Schicht) bringen, erreicht in der Antarktis die Phytoplanktonproduktion stellenweise und zu günstigen Zeiten die höchsten Werte aller Meere. Vor der Küste der antarktischen Halbinsel hat man zu Zeiten der höchsten Produktion (im Januar) eine solche von 2,70 g C (Kohlenstoffäquivalent, Bruttophotosynthese) pro Tag gemessen. Das ist der 18fache Wert der durchschnittlichen Phytoplanktonproduktion in den Weltmeeren. Diese Phytoplanktonproduktion ist die Nahrungsgrundlage für eine enorme Entwicklung des Zooplanktons, das hauptsächlich durch Salpen (Salpa fusiformis) und vor allem Krill (Euphausia superba) gestellt wird. Krill kommt in Schwärmen vor, die unter Umständen ein Gesamtgewicht von mehreren Millionen Tonnen erreichen können, und übertrifft im Gewicht der Gesamtpopulation alle anderen Tierarten der Erde. Der Krill ist auch die Nahrungsgrundlage für alle Warmblüter der Antarktis, vor allem für die Wale, Robben und Pinguine. Die Nahrungskette in der Antarktis besteht oft nur aus 3 Gliedern: Phytoplankton (Diatomeen) – Krill – Endkonsument (z.B. Bartenwale). In der Fauna des antarktischen Meeres fehlen manche Krebsgruppen völlig, vor allem die bodenbewohnenden Krabben, Hummer und Fangschreckenkrebse. Ansonsten sind jedoch Grundbewohner (Benthos) mit vielen endemischen Arten vertreten, vor allem Schwämme, Moostierchen, Seegurken und Krebstiere aus den Gruppen der Asseln und Flohkrebse sowie Asselspinnen und Schnecken. Die Fische sind an die niedrigen Wassertemperaturen (–1 °C bis –2 °C) angepaßt und verfügen über Enzyme, die bei diesen Temperaturen ihr Aktivitätsoptimum haben. Protein-Kohlenhydrat-Verbindungen (Gefrierschutzproteine) verhindern als „Frostschutzmittel“ das Gefrieren der Tiere. Eine Besonderheit bieten die 18 Arten der Eisfische (Chaenichthyidae, Channichthyidae; Antarktisfische), die auf die antarktischen Meere beschränkt sind. Ihr Blut ist in Ermangelung von Hämoglobin farblos. Bei den niedrigen Temperaturen reicht die Sauerstoff-Lösungskapazität des Blutplasmas für den Sauerstofftransport aus. Die Landwirbeltiere des antarktischen Kontinents sind in ihrer Ernährung ganz auf das Meer angewiesen. Die Vogelfauna des Kontinents (einschließlich antarktische Halbinsel) umfaßt nur 14 Arten, die dort brüten ( vgl. Tab. ). Nahezu alle verbringen den Großteil ihres Lebens auf See und fressen Krill, einige aber auch Fische und Tintenfische. Der Kaiserpinguin (die größte Pinguinart) ist der einzige davon, der auf den antarktischen Kontinent und den Eisgürtel davor beschränkt ist und das einzige Wirbeltier, das den antarktischen Winter an Land überdauert, ja in dieser Zeit sogar brütet. Der Adélie-Pinguin, von dem man Kolonien mit mehr als 1 Million Individuen kennt, weicht dagegen im Winter nach Norden auf das Eis aus, verbleibt aber im Bereich der Antarktis. Er brütet außer auf dem antarktischen Kontinent auch an den Küsten der antarktischen Inseln. Bezieht man die antarktische Inselwelt bis zur antarktischen Konvergenz mit ein, so erhöht sich die Zahl der Brutvögel auf 43 Arten, darunter jetzt auch 1 Entenart auf den Kerguelen (Anas estini) – eine Verwandte der europäischen Spießente (Anas acuta; Schwimmenten). Auf Südgeorgien kommt sogar ein Singvogel, der Pieper Anthus antarcticus, und auf den Macquarie-Inseln (Richtung Neuseeland) der europäische Birkenzeisig (Acanthis flammea; Hänflinge) und der europäische Star (Sturnus vulgaris) vor – 2 Arten, die durch den Menschen in Neuseeland eingebürgert (Einbürgerung) wurden (wie andere europäische Tiere auch; Neuseeländische Subregion) und von dort aus selbst die Macquaries erreicht haben. Die Säugetiere des antarktischen Kontinents sind ausnahmslos ans Meer gebunden. Die Robben sind mit mehreren Arten vertreten, jedoch fehlen die Walrosse, die ganz auf die arktischen Meere beschränkt sind (Nordamerika). Ganz an die Antarktis gebunden ist die Weddell-Robbe (Leptonychotes weddelli; Südrobben), die das Schelfeis vor der Küste besiedelt. Sie verschafft sich Zugang zum Meer, indem sie mit den Zähnen Löcher in das Eis „gräbt“, die ihr nach Tauchgängen auch als Atemlöcher dienen. Sie ist Fischfresser und taucht unter dem Schelfeis bis 100 m tief. Ein typischer Seehund des Packeisgebietes ist die Krabbenfresserrobbe (Lobodon carcinophagus), die sich vor allem vom Krill ernährt. Auch der Seeleopard nutzt den Krill, doch jagt er auch Fische, Tintenfische, Pinguine und sogar Jungtiere anderer Robbenarten. Als seltene Robbenart, die noch wenig erforscht ist, sei noch die Ross-Robbe (Ommatophoca rossi; Südrobben) erwähnt. Von den Walen sind vor allem die Bartenwale in ihrer Ernährung wesentlich vom Krill abhängig. Diese Wale leben zur Fortpflanzungszeit außerhalb der Antarktis, in wärmeren Meeren, ziehen aber zu Beginn des arktischen Sommers in die Antarktis, um sich am Krill zu mästen – als Vorrat für die „magere“ Zeit außerhalb dieser Gewässer, in der sie bis zu 50% ihres Gewichts verlieren. Der Pottwal, ein Vertreter der Zahnwale, lebt hauptsächlich von Tintenfischen und ist der einzige Wal, der zu allen Jahreszeiten in der Antarktis anzutreffen ist. Die Waljagd durch den Menschen hat die Bestände gerade der großen Wale außerordentlich dezimiert, womit sie auch wesentlich weniger Krill konsumieren. Die dadurch entstandenen Überschüsse scheinen den Pinguinen und Robben zugute zu kommen, deren Bestände in Zunahme begriffen sind. Biodiversität, Florenreich (Abb.), Klima, Klimaänderungen, tiergeographische Regionen (Abb.); Polarregion I Polarregion II Polarregion III Polarregion IV , Vegetationszonen.

G.O./P.E./F.G.

Lit.: Hempel, G.: Probleme und Ziele der Antarktisforschung. Verhandl. der Ges. Dt. Naturf. und Ärzte 1982, 265–279. Hempel, G.: On the Biology of Polar Seas. In Grey and Christiansen: Marine Biol. of Polarregion. London 1985. Hempel, I., Hempel, G.: Biologie der Polarmeere. Jena – Stuttgart 1995. Miegheim, J. v. and P. van Oye: Biogeography and Ecology in Antarctica. Den Haag 1965. Remmert, H.: Arctic Animal Ecology. Heidelberg, New York 1980. Stonehouse, B.: Tiere der Antarktis. München 1974. Thenius, E.: Die Grundlagen der Faunen- und Verbreitungsgeschichte der Säugetiere. Stuttgart 1980.

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