Alte Karibikriffe hatten deutlich komplexere Nahrungsketten

Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass alte Karibikriffe auf eine Weise funktionierten, die in heutigen Ökosystemen nicht mehr vorkommt.

Nahrungsnetze, die einst ein komplexes Geflecht aus Räubern und Beute trugen, haben sich um bis zu 70% verdichtet. Dadurch ging den Riffen eine ganze Ebene ökologischer Komplexität verloren.

Geleitet wurde die Untersuchung von Wissenschafterinnen und Wissenschaftern des Smithsonian Tropical Research Institute (STRI).

Die Studie macht tiefgreifende Veränderungen sichtbar, wie Energie durch die Riffökosysteme der Karibik fliesst.

Alte Riffe und moderne Nahrungsketten

Korallenriffe in der gesamten Karibik befinden sich in einer schwierigen Lage. Korallenbleichen treten häufiger auf, während die Korallenbedeckung zurückgegangen ist. Auch zahlreiche Fisch- und Haipopulationen haben in den vergangenen Jahrzehnten abgenommen.

Dass Riffe Arten verlieren, war der Wissenschaft bereits bekannt. Eine zentrale Frage blieb jedoch offen: Hat sich auch der Energiefluss in den Nahrungsketten der Riffe verändert?

Um das herauszufinden, verglich das Forschungsteam alte, rund 7.000 Jahre alte Riffe mit heutigen Riffen in Panama und der Dominikanischen Republik. Die historischen Riffe entstanden im mittleren Holozän, lange bevor menschliche Einflüsse ein grosses Ausmass erreichten.

Die Ergebnisse überraschten die Forschenden: Die heutigen Nahrungsketten sind um 60 bis 70 Prozent kürzer als jene der alten Riffe.

Damit hat sich der Abstand zwischen kleinen Fischen und grösseren Räubern verringert. Energie gelangt nun über weniger Zwischenstufen zu den Spitzenkonsumenten.

Analyse alter Fischknochen

Fische besitzen winzige Strukturen im Kopf, die Otolithen oder auch Ohrsteine genannt werden. Diese kleinen Knochen helfen ihnen beim Gleichgewicht und beim Hören. Nach dem Tod eines Fisches können Otolithen über Jahrtausende hinweg in Riffsedimenten erhalten bleiben.

Jeder Otolith enthält Stickstoff aus der Nahrung, die ein Fisch während seines Lebens aufgenommen hat. Anhand der Stickstoffisotopenverhältnisse in diesen Ohrsteinen können Forschende bestimmen, welchen Platz ein Fisch in der Nahrungskette einnahm.

Im Labor von Daniel Sigman an der Princeton University entwickelte Jessica Lueders-Dumont eine besonders empfindliche Methode, um den in Otolithmineralen eingeschlossenen Stickstoff zu gewinnen und zu messen.

Der Stickstoff ist von Kalziumkarbonat umschlossen und dadurch über Jahrtausende geschützt, sodass seine isotopische Signatur unverfälscht erhalten bleibt.

Aaron O’Dea und sein Team begannen Anfang der 2010er-Jahre mit Ausgrabungen aussergewöhnlich gut erhaltener fossiler Riffe in Panama.

Später weiteten sie die Arbeiten auf das Enriquillo-Becken in der Dominikanischen Republik aus. Dort sammelten die Forschenden Tonnen von Riffsediment und sortierten dieses mühsam Korn für Korn.

Riff-Fossilien dokumentieren die Geschichte der Nahrungsketten

Brígida de Gracia und Chien Hsiang Lin sortierten und bestimmten Tausende Otolithen aus alten Riffsedimenten. Diese Arbeit verlangte viel Geduld und umfassende Kenntnisse der Fischanatomie.

„Otolithen Korn für Korn aus Sedimenten herauszusuchen, ist anspruchsvoll, aber man entwickelt eine enge Beziehung zu diesen alten Riffen“, sagte de Gracia.

„Jeder Otolith erzählt die Geschichte eines Fisches, der vor Tausenden Jahren lebte. Diese Geschichten durch Isotopenchemie lebendig werden zu sehen, ist unglaublich bereichernd.“

Auch Aaron O’Dea erkannte früh, wie wertvoll diese winzigen Knochen sein könnten.

„Otolithen sind unglaubliche Strukturen, und als wir sie erstmals in unseren fossilen Riffproben fanden, wurde mir klar, dass wir die Möglichkeit hatten, nicht nur zu rekonstruieren, wie Korallen vor dem Einfluss des Menschen waren, sondern auch die Fische, die auf Riffen leben“, sagte O’Dea.

Deutliche Veränderungen in der Ernährung der Fische

Die Forschenden untersuchten vier Fischfamilien. Grundeln sind kleine Fische, die am Boden leben. Ährenfische schwimmen in Schwärmen im offenen Wasser. Kardinalbarsche gehen nachts auf die Jagd. Grunzer sind grössere Fische, die zwischen Riffen und Mangroven wechseln.

Die meisten dieser Fische werden vom Menschen nicht stark befischt. Veränderungen ihrer Ernährung spiegeln daher wahrscheinlich umfassende Veränderungen im Ökosystem wider und nicht bloss den Fischereidruck.

Die Ergebnisse zeigten, dass Fische höherer Ebenen wie Grunzer und Kardinalbarsche heute weiter unten in der Nahrungskette fressen. Kleinere Fische wie Grundeln haben sich dagegen leicht nach oben verlagert. Die Distanz zwischen Räuber und Beute hat sich um etwa 60 Prozent verdichtet.

Noch überraschender war, dass einzelne Fische derselben Familie heute ähnlichere Nahrung zu sich nehmen. In alten Riffen spezialisierten sich verschiedene Individuen auf unterschiedliche Beute. Heute hat die Ernährungsvielfalt innerhalb der Familien um 20 bis 70 Prozent abgenommen.

„Was uns auffiel, ist, wie einheitlich dieses Muster ist“, sagte Jessica Lueders-Dumont. „In jeder untersuchten Fischfamilie, sowohl in Panama als auch in der Dominikanischen Republik, hat sich die Ernährungsvielfalt verringert.“

„Diese Riffe haben eine ganze Dimension ökologischer Komplexität verloren, von der wir nicht einmal wussten, dass sie fehlte.“

Folgen für moderne Karibikriffe

Wenn viele Fische von derselben Nahrungsquelle abhängig sind, kann eine einzige Störung gleichzeitig eine gesamte Population treffen. Alte Riffe verfügten über zahlreiche unterschiedliche Energiepfade. Ging eine Nahrungsquelle zurück, konnten andere das System weiterhin tragen.

Moderne Riffe mögen auf den ersten Blick ähnlich wirken, doch unter der Oberfläche funktionieren sie anders. „Wir wussten bereits, dass moderne Karibikriffe weniger Korallen und weniger Haie beherbergen“, sagte O’Dea.

„Nun sehen wir, dass auch die verbliebenen Fische anders fressen und sich anders verhalten. Das untermauert die Annahme, dass moderne Karibikriffe nicht einfach verkleinerte Versionen dessen sind, was früher existierte; sie funktionieren möglicherweise auf andere Weise.“

Riffe mit kürzeren Nahrungsketten

„Wir verfügen jetzt über eine Möglichkeit, zu erforschen, wie ganze Systeme funktionieren“, sagte Lueders-Dumont. „Diese winzigen Ohrsteine öffnen ein Fenster dazu, wie Energie durch Riffökosysteme über Zeiträume fliesst, die für Ökologinnen und Ökologen bisher unvorstellbar waren.“

Alte Riffe waren komplexer und anpassungsfähiger. Moderne Riffe haben verborgene Schichten der Vielfalt eingebüsst. Das Verständnis dieser Veränderungen könnte helfen, Schutzmassnahmen zu steuern, bevor noch mehr ökologisches Gleichgewicht verloren geht.