»Mächtig ist der Eindruck der langen Polarnacht auf das Gemüth; der Lichtkreis einer Lampe ist für den Menschen dann die ganze Welt.« Julius Payer, der in den Jahren 1872 bis 1874 zusammen mit seinem Kollegen Carl Weyprecht die österreich-ungarische Nordpol-Expedition leitete, war offenbar kein großer Fan des arktischen Winters. In seinem 1876 erschienenen Bericht über das abenteuerliche Unterfangen schildert er die Mischung aus Finsternis, Kälte und Einsamkeit jedenfalls als äußerst gewöhnungsbedürftig. Und damit war er nicht der Einzige.

Generationen von Polarforschern hatten mit widrigsten Bedingungen zu kämpfen, wenn sie sich im Winter an die eisigen Enden der Welt wagten. Inzwischen haben Hightechausrüstung, moderne Eisbrecher und Forschungsstationen die Arbeit zwar leichter gemacht. Doch die Erforschung der Polarnacht bleibt eine logistische, technische und persönliche Herausforderung. Kälte und schlechte Sicht, Stürme und mitunter unberechenbare Eisverhältnisse machen den Einsatz der meisten klassischen Untersuchungsmethoden schwierig bis unmöglich. Entsprechend wenig ist bis heute über die dunkle Welt der winterlichen Arktis bekannt.

Aber verpasst man überhaupt etwas, wenn man seine Forschung im hohen Norden auf weniger extreme Jahreszeiten beschränkt? Lange hätten viele Fachleute diese Frage wohl eher mit »Nein!« beantwortet. Zumindest, was das Leben im Meer angeht. Schließlich ist bekannt, dass es zu einem guten Teil von mikroskopisch kleinen Algen abhängt, die mittels Fotosynthese das Licht der Sonne zur Energiegewinnung nutzen. Die grünen Winzlinge bieten einen reich gedeckten Tisch für zahllose Tiere, die dann ihrerseits auf dem Speiseplan von Jägern und Aasfressern stehen. Wenn die Algen mangels Licht nicht wachsen, scheint dem gesamten Nahrungsnetz die Grundlage zu fehlen. Also ging man lange davon aus, dass das Meeresleben in der Arktis in den dunklen Monaten eine Ruhepause einlegt und erst im Frühjahr wieder aktiv wird.

In dunkler Gesellschaft

»Das war allerdings ein großes Missverständnis«, betont Charlotte Havermans vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven. Die Biologin gehört zum immer größer werdenden Kreis von Forscherinnen und Forschern, die sich mit der Ökologie der Polarnacht beschäftigen. Und je genauer sie hinschauen, umso mehr spannende Vorgänge bringen sie ans Licht. Die Meere der Arktis sind offenbar auch im Winter ein erstaunlich lebendiges und aktives Ökosystem. »Da geht enorm viel vor sich, von dem wir keine Ahnung hatten«, sagt die Wissenschaftlerin.

»Da geht enorm viel vor sich, von dem wir keine Ahnung hatten«Charlotte Havermans, Biologin

Einer der ersten Fachleute, die massive Zweifel an der Theorie vom Winterschlaf der arktischen Meere gesät haben, war Jørgen Berge von der Arktischen Universität im norwegischen Tromsø. In den drei Wintern der Jahre 2013 bis 2015 hat der Meeresbiologe zusammen mit einem internationalen Team das marine Leben im Kongsfjord im Nordwesten Spitzbergens unter die Lupe genommen. Dort herrscht zwischen dem 25. Oktober und dem 17. Februar Polarnacht, die Sonne steigt in dieser Zeit also nicht über den Horizont. Für die Algen hat das offenbar die erwarteten Konsequenzen: Die Messungen in der dunkelsten Zeit im Januar zeigten keinen Hinweis auf irgendwelche Fotosynthese-Aktivitäten.

Aber sonst pulsierte in dem rund 20 Kilometer langen und vier bis zehn Kilometer breiten Fjord das Leben. Tierische Plankton-Organismen waren ebenso aktiv wie verschiedene Bewohner des Meeresbodens; Muscheln klappten ihre Schalen auf und zu und wuchsen teilweise genauso schnell wie zu anderen Jahreszeiten. Sogar für Sex brachten etliche Arten genug Energie auf. So wimmelte es im Fjord in Tiefen von 50 bis 200 Metern von männlichen Ruderfußkrebsen der Gattung Calanus. Da diese wichtigen Beutetiere der arktischen Meere sich in den hellen Monaten dort kaum blicken lassen, setzen sie wohl auf eine Fortpflanzung mitten im Winter – Dunkelheit und Kälte hin oder her. Und angesichts der vielen Larven von Schnecken, Muscheln, Ringelwürmern und Moostierchen, die den Fjord zu dieser Zeit bevölkerten, scheint das auch für viele andere Tiere zu gelten.

Wie kann das alles ohne Licht und Algennachschub funktionieren? Offenbar haben es die Überlebenskünstler der Arktis geschafft, die begrenzten Ressourcen ihrer Umgebung perfekt zu nutzen. Licht zum Beispiel ist im Winter zwar knapp, vollkommene Finsternis aber herrscht selbst im Dezember und Januar nicht. Das liegt nicht nur daran, dass Mond, Sterne und Polarlichter die Dunkelheit erhellen. Auch die Sonne leistet ihren Beitrag, obwohl sie nicht zu sehen ist: Sogar in der dunkelsten Jahreszeit schickt sie mittags einen extrem schwachen Schimmer über Land und Meer.

Menschliche Augen mögen damit nicht viel anfangen können. Doch die schummrige Mittagsdämmerung genügt, um das Verhalten von Tieren zu beeinflussen. Miesmuscheln zum Beispiel öffnen und schließen ihre Schalen im Rhythmus von Mond- und kaum wahrnehmbarem Sonnenlicht. Und Zooplankton wie die Krillart Thysanoessa inermis nutzt den fahlen mittäglichen Schimmer als Taktgeber für ihre Wanderungen, die sie je nach Tageszeit in verschiedene Wassertiefen führt.

Nächtliche Mahlzeiten

Selbst etliche Seevögel kommen mit den trüben Lichtverhältnissen besser zurecht, als man lange angenommen hat. Dabei gelten die fliegenden Jäger als ausgesprochene Augentiere, die bei guter Sicht am besten Beute machen können. Kein Wunder also, dass so viele von ihnen die Arktis vor dem Einbruch der Polarnacht verlassen. Doch bei seiner Pionierstudie im Kongsfjord hat das Team um Jørgen Berge Krabbentaucher, Gryllteisten und Dickschnabellummen beobachtet, die aktiv auf die Jagd gingen. Das Gleiche galt für Eissturmvögel, Dreizehenmöwen und Eismöwen. Möglicherweise ist ihnen das Licht von Mond und Sternen hell genug, um dabei Erfolg zu haben. Vielleicht verlegen sie sich aber auch auf Krill und andere Beutetiere, die im Dunkeln leuchten.

Klar ist jedenfalls: Wer in der Polarnacht überleben will, muss bei der Ernährung flexibel sein und Kompromisse machen. Wenn im Winter die frischen Algen fehlen, können viele Arten offenbar alternative Futterquellen nutzen, Nährstoffe recyceln oder von ihren Reserven leben.

Die Bakterien im Meeresboden, die eine wichtige Rolle beim Abbau von toten Lebewesen spielen, scheinen beispielsweise auf Vorratshaltung zu setzen. Eine Studie des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen hat gezeigt, dass vor Spitzbergen sommers wie winters ganz ähnliche Arten dieser Mikroorganismen aktiv sind.

Was sich allerdings unterscheidet, ist ihre Speisekarte. Im Lauf des Jahres schalten die Bakterien unterschiedliche Gene ein und aus, die mit der Nutzung von Kohlenhydraten zusammenhängen. So produzieren die kleinen Abfallbeseitiger im Frühjahr und Sommer vor allem Enzyme, die Substanzen wie den Algenzucker Laminarin abbauen. Im Winter dagegen schalten sie auf Material um, das im Meeresboden gespeichert ist oder dort entsteht. Dabei handelt es sich oft um schwer abbaubare Substanzen, die lange erhalten bleiben. »Das ist so ähnlich, wie wenn wir auf den Markt gehen«, erklärt Studienleiterin Katrin Knittel. »Während in der sonnigen Jahreszeit viel verschiedenes frisches Obst und Gemüse verfügbar ist, bleiben im Lauf des Winters irgendwann nur die eingelagerten Kartoffeln übrig.«

Doch selbst wer nicht von Vorräten oder Jagdbeute leben kann, muss in der Polarnacht nicht verhungern. Aasfresser zum Beispiel sind in einer vergleichsweise komfortablen Position: Gestorben wird schließlich auch im Winter. Und auf den Meeresgrund sinkende Kadaver ziehen jede Menge hungriger Interessenten an, zeigt die Studie eines Teams um Jørgen Berge und Piotr Balazy vom Institut für Ozeanologie der Polnischen Akademie der Wissenschaften. Als die Fachleute Köder aus Kabeljau oder Hühnerfleisch in die Tiefen des Kongsfjords hinunterließen, tauchten rasch die ersten Wellhornschnecken und Flohkrebse auf, gefolgt von zahlreichen anderen Meeresbewohnern. Insgesamt machten sich Vertreter von 30 verschiedenen Tiergruppen an den Leckerbissen zu schaffen. Dabei war die Lebensgemeinschaft der Aasfresser im Winter sogar reicher und vielfältiger als im Sommer. Das liegt wahrscheinlich daran, dass in der Polarnacht nur wenige alternative Nahrungsquellen zu Verfügung stehen. Auch Arten, die sonst andere Kost bevorzugen, können dann wohl nicht allzu wählerisch sein.

Leben unter dem Eis

Irgendwann aber kommt das Licht zurück, sodass der Ozean wieder frische Algenkost für seine Bewohner produzieren kann. Und damit fängt er deutlich früher an, als man bis vor wenigen Jahren angenommen hat. Im Rahmen der sogenannten MOSAiC-Expedition hat der Forschungseisbrecher »Polarstern« von September 2019 bis Oktober 2020 mehr als ein Jahr lang in der zentralen Arktis ausgeharrt. Für ein Team um die Biologin Clara Hoppe vom Alfred-Wegener-Institut und die Meereisforscher Niels Fuchs und Dirk Notz von der Universität Hamburg war das eine gute Gelegenheit, den Aktivitäten der dortigen Algen nachzuspüren.

Demnach warten die winzigen Nahrungs- und Sauerstoffproduzenten nach dem Ende der Polarnacht nur wenige Tage ab: Schon im März fangen sie wieder an, Fotosynthese zu betreiben und zu wachsen. Dabei ist das Meer zu dieser Zeit noch mit einem gefrorenen und zugeschneiten Panzer bedeckt, durch den kaum Licht dringt. »Für die Messung von so niedrigen Lichtmengen unter den harschen Bedingungen des arktischen Winters mussten wir mitten in der Polarnacht spezielle, neu entwickelte Messgeräte in das Eis einfrieren«, erläutert Niels Fuchs. Selbst mit solchem Hightech war es schwierig, die Düsternis zu erfassen. Zumal die ohnehin sehr schwachen Lichtverhältnisse je nach Eisdicke und Schneedecke schwankten. Doch am Ende blieb kein Zweifel mehr: Die Algen hatten tatsächlich nur ein Hunderttausendstel der Lichtmenge zur Verfügung, die an einem sonnigen Tag auf die Erdoberfläche trifft. Und trotzdem hatten sie ihre Energiegewinnung bereits angekurbelt. »Es ist sehr beeindruckend zu sehen, wie effizient die Algen solch niedrige Lichtmengen nutzen können«, meint Clara Hoppe.

Ihre Kollegin Charlotte Havermans ist ebenfalls fasziniert von den Vorgängen unter dem Eis. Als Leiterin der Nachwuchsgruppe »Arctic Jellyfish« (ARJEL) beschäftigt sie sich am AWI mit dem sogenannten gelatinösen Plankton, also mit glibberigen Wasserbewohnern wie Quallen, Rippenquallen und Manteltieren. Auch auf deren winterliche Aktivitäten hat die MOSAiC-Expedition ein neues Licht geworfen: Videos zeigen zahlreiche Exemplare, die unter dem gefrorenen Panzer des Ozeans unterwegs sind – Jungtiere inklusive. »Dem wollten wir natürlich nachgehen und schauen, welche Arten in der Polarnacht aktiv sind«, sagt die Forscherin.

»Es ist sehr beeindruckend zu sehen, wie effizient die Algen solch niedrige Lichtmengen nutzen können«Clara Hoppe, Biologin

Einen solchen Schnappschuss der Lebensgemeinschaft kann ein Werkzeug liefern, das in der Meeresforschung immer beliebter wird: die Analyse von Umwelt-DNA, kurz eDNA genannt. Sie nutzt die Tatsache, dass so ziemlich alle Bewohner der Ozeane genetische Spuren hinterlassen. Schließlich stoßen sie Zellen ab und scheiden Abfälle aus, produzieren Eier, Spermien oder Schleim. Und irgendwann sterben sie auch. Ihr Erbgut landet in all diesen Situationen in der Umwelt und lässt sich aus Wasser- oder Sedimentproben isolieren.

Dann gilt es nur noch herauszufinden, welches DNA-Bruchstück von welchem Lebewesen stammt. Dafür eignen sich Gene, die bei möglichst jeder interessanten Art eine etwas andere Sequenz von DNA-Bausteinen aufweisen. Ähnlich wie der Barcode auf den Waren im Supermarkt verrät die typische Abfolge rasch, um welche Spezies es sich handelt. Mit dieser Methode haben sich Charlotte Havermans und ihre Kollegin Ayla Murray im hohen Norden auf eine winterliche Spurensuche begeben. Ziel der Expedition im Januar und Februar 2022 war einmal mehr der in Polarforscherkreisen so beliebte Kongsfjord.

Von Alge bis Walross

Während der Polarnacht mit einem kleinen Boot zwischen zahllosen Eisbergen herumzufahren, um Wasser- und Sedimentproben zu sammeln, war allerdings eine echte Herausforderung. »Es herrschten –30 Grad, es war windig und so dunkel, dass wir mit Stirnlampen arbeiten mussten«, erinnert sich Ayla Murray. Bei solchen Bedingungen die großen Probenflaschen an Bord zu hieven, noch dazu immer wieder in durchnässter Ausrüstung, war kein reines Vergnügen. Die Proben gefroren im Rekordtempo, und die Kälte kroch durch die Stiefel und sämtliche Schichten der Spezialkleidung. »Es ist wirklich erstaunlich, wie kalt einem werden kann«, sagt Murray. »Doch man gewöhnt sich schnell an die harten Bedingungen. Und man erlebt in dieser faszinierenden Natur so viel Schönheit.«

Inzwischen wissen die Forscherinnen, dass sich die Strapazen auch fachlich gelohnt haben. Denn die erste eDNA-Studie des winterlichen Kongsfjords hat jede Menge spannender Ergebnisse gebracht. In den Proben ließen sich allein 19 Arten von Quallen und Co nachweisen, dazu drei nicht näher bestimmbare Gattungen. »Das ist überraschend viel«, betont Murray. Frühere Studien, in denen die Fjordbewohner mit Netzen gefangen wurden, waren selbst im Sommer auf geringere Zahlen gekommen. Offenbar lassen sich etliche Arten per eDNA besser aufspüren als mit herkömmlichen Methoden.

Damit aber nicht genug. Neben den Glibbertieren hat das AWI-Team auch die genetischen Spuren zahlreicher anderer Meeresbewohner entdeckt. Insgesamt umfasst die Liste inzwischen 225 Arten, die im winterlichen Kongsfjord aktiv sind. Die Palette reicht von winzigen Plankton-Organismen bis hin zu Walrossen, Sattelrobben und Pottwalen. Von etlichen Braunalgen, Krustentieren und weiteren Arten hatte man vorher nicht einmal gewusst, dass sie vor Spitzbergen überhaupt vorkommen. Andere Spezies waren aus der Region zwar durchaus bekannt – allerdings nicht als Winterbewohner. So hatten sich Fische wie der Heilbutt, der Wandersaibling oder der Kleine Sandaal dort bisher undercover in der Dunkelheit der Polarnacht aufgehalten.

»Der Kongsfjord ist eines der am besten untersuchten Gebiete in der ganzen Arktis«, sagt Charlotte Havermans. »Und trotzdem haben wir dort mit relativ einfachen Methoden und wenigen Proben so viel Neues entdeckt!« Sie und ihr Team plädieren dafür, mit ähnlichen Studien noch mehr über das Leben in der Polarnacht herauszufinden. »Das ist auch wichtig, um dieses empfindliche Ökosystem besser verstehen und schützen zu können«, betont Ayla Murray. Denn seit sich Julius Payer über die Beschwernisse der Polarnacht beklagte, hat der Mensch im hohen Norden schon an etlichen ökologischen Stellschrauben gedreht.

»Der Kongsfjord ist eines der am besten untersuchten Gebiete in der ganzen Arktis«Charlotte Havermans, Biologin

Am drastischsten zeigt sich das bei den Temperaturen, die in der Arktis im Durchschnitt rund viermal schneller steigen als auf der Erde im Ganzen. In den Fjorden im Westen Spitzbergens hat das bereits Konsequenzen. Denn der West-Spitzbergen-Strom, der dort relativ warmes und salziges Wasser aus dem Atlantik Richtung Norden transportiert, ist in den letzten Jahrzehnten immer wärmer geworden. Die Folgen: weniger Meereis und eine sich verändernde Lebensgemeinschaft. Arktisspezialisten fliehen vor der Wärme Richtung Nordpol, dafür rücken zunehmend Arten aus dem Atlantik nach.

Zu den Neuankömmlingen, die seit einigen Jahren im Kongsfjord vorkommen, gehört zum Beispiel die Kronenqualle Periphylla periphylla. Sie ist als invasive Art berüchtigt und hat in Norwegen schon ganze Fischbestände durcheinandergebracht. Gerade in der Polarnacht ist die lichtscheue Tiefseebewohnerin in ihrem Element. Sie kommt dann an die Oberfläche, wo sie einen gewaltigen Appetit auf Zooplankton und kleine Fische entwickelt und damit dem Kabeljau und vielen anderen Arten das Futter wegfrisst. »Wenn diese Qualle noch häufiger wird, kann sie die Fischbestände zusätzlich unter Druck setzen«, erklärt Charlotte Havermans. »Das müsste man dann vielleicht bei den zulässigen Fischereiquoten berücksichtigen.«

Das Ende der Nacht

Doch es sind nicht nur die steigenden Temperaturen und neuen Arten, die der Tierwelt der Arktis künftig das Leben schwer machen könnten. Womöglich steht auch die gewohnte Finsternis vor dem Ende. Es ist nämlich abzusehen, dass der Rückzug des Meereises den Zugang zu neuen Fischereigebieten, Öl- und Gaslagerstätten sowie Tourismuszielen öffnen wird. Zudem dürften sich Schifffahrtsrouten durch die Arktis zu beliebten Abkürzungen zwischen pazifischen und atlantischen Häfen entwickeln. Das alles wird wohl dazu führen, dass künstliche Beleuchtung in immer mehr Gebieten die Polarnacht zum Tag macht.

Welche Konsequenzen das hat, lässt sich bisher nicht im Detail absehen. Spurlos aber wird wohl auch dieser Wandel nicht an der Arktis vorübergehen. Schließlich hat ein Team um Jørgen Berge beobachtet, dass schon die Lichter eines einzigen Schiffes das Verhalten von Plankton und Fischen deutlich verändern können.

An zwei verschiedenen Standorten vor Spitzbergen und nördlich der norwegischen Stadt Tromsø haben die Wissenschaftler nach einer Zeit völliger Dunkelheit die Arbeitslichter ihres Schiffes eingeschaltet. Sowohl Fische als auch Plankton reagierten darauf sehr rasch und großflächig: Innerhalb von fünf Sekunden wechselten sie ihren Standort, selbst wenn sie in 200 Metern Tiefe oder 200 Meter vom Schiff entfernt unterwegs waren. Ob sie wegen der plötzlichen Helligkeit eher das Weite suchen oder sich sogar davon angezogen fühlen, scheint allerdings von Region zu Region und von Art zu Art unterschiedlich zu sein. Doch gleichgültig ist ihnen das plötzliche Licht im Dunkel offenbar nicht.

Das Gleiche gilt für Seevögel. Sie lassen sich von der Helligkeit manchmal in schlechtere Lebensräume locken oder verschwenden jede Menge Energie beim Verfolgen beleuchteter Schiffe. Und in zahlreichen Fällen kostet sie das verlockende Licht in der Dunkelheit sogar das Leben. So zeigt eine Studie im Südwesten Grönlands, dass in der dunkelsten Zeit zwischen November und Januar besonders viele Vögel mit Schiffen kollidieren.

Andererseits gibt es auch gefiederte Polarbewohner, die aus künstlichem Licht Gewinn ziehen können. Das zeigt eine Studie in Spitzbergens größtem Ort Longyearbyen. Seit Jahren läuft dort ein Citizen-Science-Projekt, bei dem Freiwillige ihre Vogelbeobachtungen zusammentragen. Ein Team um Kaja Balazy vom Institut für Ozeanologie der Polnischen Akademie der Wissenschaften in Warschau hat die so gewonnenen Daten aus den Jahren 2012 bis 2022 ausgewertet.

»Das ist auch wichtig, um dieses empfindliche Ökosystem besser verstehen und schützen zu können«Ayla Murray

Demnach nimmt die Seevogelvielfalt im Dezember und Januar generell ab, je mehr künstliche Lichter brennen. Doch die Geschmäcker sind verschieden: Der Krabbentaucher beispielsweise gehört eher zur lichtscheuen Gesellschaft von Longyearbyen. Das könnte daran liegen, dass er große Mengen des Ruderfußkrebses Calanus finmarchicus verspeist, der für Helligkeit ebenfalls nicht viel übrig hat. Dagegen machen sich fliegende Jäger wie die Gryllteiste gern die Vorteile der besseren Sichtverhältnisse zunutze und fischen in beleuchtetem Wasser. Ob Seevögel künstliche Lichtquellen eher nutzen oder meiden, hängt von der Verfügbarkeit ihrer bevorzugten Beute, aber auch vom Ort und den Beleuchtungsverhältnissen ab. Eine generelle Faustregel dafür scheint es nicht zu geben.

Die Reaktion auf Licht und Dunkelheit ist also so verschieden, wie es die Bewohner der Polarnacht selbst sind. Sogar Menschen machen da keine Ausnahme. Schon in den frühen Tagen der Polarforschung störte sich längst nicht jeder so sehr an der ständigen Finsternis wie Julius Payer. »Der Anblick jenes glühenden Feuers, das gerade über dem äußersten Rande des Eises entzündet war, brachte einen seltsamen Eindruck hervor«, beschrieb der Norweger Fridtjof Nansen am 16. Februar 1894 seine Eindrücke von der Rückkehr der Sonne. »Nach den enthusiastischen Beschreibungen, die viele Polarreisende von dem ersten Erscheinen dieses Lebensgottes nach der langen Winternacht geben, müsste der Anblick lauten Jubel hervorrufen. Allein bei mir war das nicht der Fall.«