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Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich ausdehnende sauerstoffarme Zonen im Nordostpazifik winzige, aber entscheidende Tiefseeorganismen verdrängen könnten, die als „Zombiewürmer“ bekannt sind. Wissenschaftler warnen, dass die Erwärmung der Ozeane und die damit verbundene Ausweitung der sogenannten Oxygen Minimum Zones (OMZs) die Ökosysteme von Wal-Falls und Wood-Falls schädigen könnten, die auf diese knochenabbauenden Organismen angewiesen sind. Solche Veränderungen haben potenziell weitreichende Folgen für den marinen Kohlenstoffkreislauf, die lokale Biodiversität und die Funktionalität isolierter Lebensgemeinschaften in großen Tiefen entlang von Kontinentalhängen.
Wie Sauerstoffminimumzonen die Tiefsee umgestalten
Sauerstoffminimumzonen (OMZs) sind natürliche Schichten mit reduziertem Sauerstoffgehalt in der Wassersäule, deren Ausmaß und Intensität jedoch durch klimatische Erwärmung verstärkt werden. Wärmeres Wasser speichert weniger gelösten Sauerstoff, und veränderte ozeanische Zirkulationsmuster können den Austausch von sauerstoffreichem Oberflächenwasser mit tieferen Schichten einschränken. In der Folge schrumpfen die Lebensräume für artspezifische, sauerstoffempfindliche Organismen; dicht besiedelte Mikrohabitate wie Wal-Falls und eingesunkenes Treibholz werden dadurch besonders verwundbar.
An Kontinentalhängen, an denen Walskelette und großes Treibholz als punktuelle Nährstoffquellen fungieren, entstehen isolierte Biodiversitätshotspots: Lebensgemeinschaften entwickeln sich rund um Knochen und Holzsubstrate, mit spezialisierten Würmern, Schnecken, Krebstieren und mikrobiellen Konsortien. Diese Inseln der Nahrung stützen lokale Nahrungsketten und tragen zur remineralisierung von organischem Kohlenstoff bei. Mit der Ausweitung von OMZs werden die physikalisch-chemischen Bedingungen dieser Mikrohabitate verändert — Sauerstoffknappheit, veränderte Fällungsraten von organischem Material und verschobene mikrobiologische Prozesse können Zusammensetzung und Funktion dieser Gemeinschaften grundlegend verändern.
Wichtig für das Verständnis langfristiger Folgen ist, dass OMZ-Ausdehnung nicht nur eine quantitative Reduktion des verfügbaren Sauerstoffs bedeutet, sondern qualitative Verschiebungen in der Zusammensetzung benthischer Gemeinschaften fördert. Arten mit höheren Stoffwechselbedarfen weichen zurück oder sterben aus, während opportunistische oder anaerobere Organismen zunehmen können. Diese Verschiebung hat Rückwirkungen auf Zersetzungsprozesse, Nährstofffreisetzung und die langfristige Speicherung von Kohlenstoff in Tiefseesedimenten.
Feldexperiment und beobachtete Reaktionen der Gemeinschaft
Das Forscherteam um De Leo und den Ozeanographen Craig Smith von der University of Hawai'i installierte kontrollierte Wal-Fall-Experimente, um die Reaktionen tiefseeökologischer Gemeinschaften auf sinkende Sauerstoffkonzentrationen zu verfolgen. Solche experimentellen Wal-Falls erlauben es, die zeitliche Entwicklung artenspezifischer Besiedlung, Sukzession und funktioneller Wechselwirkungen unter variablen Umgebungsbedingungen zu dokumentieren. Die anfängliche Studie, veröffentlicht 2024 in Frontiers in Marine Science, lieferte besorgniserregende Hinweise: Die Artenzusammensetzung verschob sich, und Organismen mit höheren Sauerstoffanforderungen, zu denen auch die knochenbewohnenden Osedax-Arten zählen, schienen besonders bedroht.
Im Rahmen der Feldarbeit wurden sowohl direkte Beobachtungen per ferngesteuertem Fahrzeug (ROV) als auch Probenahmen der Fauna und Biogeochemie durchgeführt. Die Wissenschaftler beobachteten, wie sich Kolonisationsmuster änderten — Arten, die sonst häufig an Wal-Falls zu finden sind, wurden seltener oder traten verzögert auf, während andere, tolerantere Taxa dominanter wurden. Solche Verschiebungen können die Abbaurate von Knochenmaterial und die Freisetzung von gelöstem organischem Kohlenstoff beeinflussen, was sich wiederum auf benachbarte Nahrungsnetze auswirkt.
Darüber hinaus deuten Messungen zur Benthosgesundheit und mikrobiellen Aktivität darauf hin, dass veränderte Sauerstoffbedingungen biochemische Reaktionspfade verschieben: weniger aerob ablaufende Zersetzung, verstärkte anaerobe Stoffwechselprozesse und möglicherweise veränderte Produktion von klimarelevanten Gasen wie Methan oder Stickstoffverbindungen. Die Studie liefert damit Hinweise auf potenzielle Rückkopplungen zwischen lokalen Zersetzungsprozessen und regionalen biogeochemischen Kreisläufen in einem sich erwärmenden Ozean.
Wer sind die „Zombiewürmer"?
Osedax sind spezialisierte Anneliden (Ringelwürmer), die Knochen von Walen und anderen großen Meerestieren besiedeln und darin bohren, um Nährstoffe freizusetzen. Diese Wurmgruppe zeichnet sich durch eine ungewöhnliche Biologie aus: Weibliche Osedax bilden wurmartige Follikelstrukturen, oft mit wurmartigen Wurzeln, die sich in das Knochengewebe eindringen, während männliche Tiere stark reduzierter und parasitärer organisiert sein können. Durch ihre Fähigkeit, organische Komponenten aus Knochen zu mobilisieren, spielen Osedax eine einzigartige Rolle im Recycling von organischem Kohlenstoff nach Wal- oder Großtierskelett-Fällen.
Osedax tragen nicht nur direkt zur Zersetzung von Knochenmaterial bei; sie unterstützen auch komplexe mikrobiell-mechanische Wechselwirkungen: Symbiontische Bakterien können bei der Aufschlüsselung schwer zugänglicher Bestandteile helfen, und die Löcher sowie der freigesetzte organische Ausfluss schaffen Mikronischen, in denen sich diverse Mikroorganismen, Kleininvertebraten und Detritusfresser ansiedeln. In vielen Fällen fördern Osedax so die Entstehung lokaler Hotspots an Produktivität und Diversität in ansonsten nährstoffarmen Tiefseebereichen.
Die Rolle von Osedax geht daher deutlich über das reine Abbauverhalten hinaus: Sie beeinflussen die zeitliche Dynamik von Nährstofffreisetzung, bieten Lebensraum für andere Organismen und tragen dazu bei, dass Kohlenstoff schneller in die Nahrungsnetze zurückgeführt oder in Sedimente eingelagert wird. Ein Rückgang dieser Würmer als Reaktion auf Sauerstoffstress könnte folglich die gesamte Struktur und Funktion von Wal- und Wood-Falls-Ecosystemen verändern.
Warum das über die Knochen hinaus wichtig ist
„Es sieht so aus, als ob die Ausweitung der OMZs, die eine Folge der Ozeanerwärmung ist, schlechte Nachrichten für diese erstaunlichen Wal-Fall- und Wood-Fall-Ökosysteme entlang des nordöstlichen Pazifikrandes sein wird,“ erklärt Craig Smith, der das Experiment zusammen mit De Leo leitete. Diese Warnung hebt hervor, dass Veränderungen auf Mikrohabitateniveau zu Kaskadeneffekten in größeren ökologischen und biogeochemischen Systemen führen können. De Leo betont zusätzlich, dass sich Muster der Artenverteilung über regionale Skalen verschieben, was wiederum die gesamte Tiefseebiodiversität und die Kohlenstoffdynamik beeinflusst.
Solche Veränderungen haben mehrere, teils miteinander verknüpfte Konsequenzen: Lokale Artenverluste können die funktionelle Vielfalt reduzieren, funktionelle Lücken im System hinterlassen (etwa durch den Verlust spezialisierter Zersetzer) und das System anfälliger für weitere Störungen machen. Außerdem können veränderte Abbauraten von Biomasse die Verfügbarkeit von Nährstoffen für andere Tiefseebewohner beeinflussen, von sessilen Filtrierern bis zu mobilen Räubern.
Aus einer Klimaperspektive sind die Implikationen bedeutend: Tiefseeökosysteme wirken als wichtige Senken und Umschlagsplätze für Kohlenstoff. Wenn Zersetzungsprozesse sich verlangsamen oder in andere Pfade umgelenkt werden, könnte dies die kurz- bis mittelfristige Speicherung von organischem Kohlenstoff in Sedimenten verändern. Gleichzeitig könnten veränderte mikrobiologische Prozesse die Emission oder Immobilisierung klimasensitiver Gase beeinflussen, was wiederum Rückkopplungen auf das Systemklima haben könnte. All dies macht deutlich, dass das Schicksal von Osedax und ähnlichen taxa nicht nur eine kuriose Tiefseebiotopfrage ist, sondern Teil eines größeren, global relevanten Prozesses.
Weitere Schritte: Überwachung des Clayoquot-Abhangs
Wissenschaftler beobachten derzeit ein weiteres Wal-Fall am Clayoquot Slope vor Vancouver Island, um zu verfolgen, ob die Osedax-Populationen zurückgehen, während OMZs in die Region vordringen. Langfristige, wiederholte Beobachtungen an solchen Kontroll- und Vergleichsstandorten sind entscheidend, um Trends zu bestätigen, natürliche Variabilität von langfristigen Veränderungen zu trennen und die zeitliche Dynamik von Wiederbesiedlung oder Lokalauslöschung zu dokumentieren.
Monitoring umfasst eine Kombination aus visueller Kartierung per ROV, wiederholten fotografischen Aufnahmen, genetischen Analysen der Gemeinschaften, Sedimentmessungen und biogeochemischen Probenahmen. Solche integrierten Ansätze ermöglichen es, sowohl Arteninventare als auch funktionelle Parameter wie Abbaurate, Mikrobiomzusammensetzung und Nährstoffflüsse zu erfassen. Zudem erlauben genetische Methoden, einschließlich Umwelt-DNA (eDNA), oft sensiblere Nachweise von seltenen oder juvenile Stadien, die bei traditionellen Verfahren übersehen werden könnten.
Die fortgesetzte Beobachtung wird helfen, vorherzusagen, wie weit lokale Auslöschungen verbreitet sein könnten, und liefert Daten für Schutzmaßnahmen, die darauf abzielen, kritische Funktionen von Tiefseeökosystemen zu erhalten. Zu solchen Maßnahmen zählen Schutzgebiete, Reduktion von Fischereidruck in stark betroffenen Regionen, Aufnahme der Tiefsee-Biodiversität in Managementpläne und internationale Kooperationen zur Überwachung und zum Schutz von Kontinentalhängen.
Darüber hinaus sind die Ergebnisse relevant für die Modellierung künftiger Ozeanzustände: Empirische Daten aus Feldexperimenten und Monitoring können in biogeochemische Modelle eingespeist werden, um Prognosen für Kohlenstoffflüsse, Biodiversitätsveränderungen und Habitatverfügbarkeit unter verschiedenen Erwärmungs- und Sauerstoffszenarien zu verbessern. Solche modellgestützten Projektionen sind für Politik, Meeresmanagement und die Bewertung von Ökosystemdienstleistungen unerlässlich.
Abschließend unterstreichen diese Beobachtungen die Notwendigkeit eines integrierten Ansatzes: Die Kombination aus Feldexperimenten, Langzeitüberwachung, molekularen Methoden und Modellierung kann helfen, die komplexen Auswirkungen von OMZ-Ausweitung auf spezialisierte Tiefseeökosysteme zu verstehen. Nur so lassen sich fundierte Strategien entwickeln, um essentielle Prozesse wie die Knochenzersetzung durch Osedax und die damit verbundenen Funktionen in einem sich wandelnden Ozean zu bewahren.
Quelle: sciencealert
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