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In den Tiefen des Südpolarmeeres leben zahlreiche, teilweise noch wenig erforschte Tierarten. Auch die Fischfauna ist erstaunlich reichhaltig. Die antarktischen Fische zeigen dabei eine breite Palette von Anpassungen an ihren eiskalten Lebensraum. Bisher dachte man, dass die Tiere durch die Erwärmung ihres Lebensraumes in grosse Schwierigkeiten geraten würden. Doch ein US-amerikanisches Forschungsteam hat entdeckt, dass die Fische viel anpassungsfähiger sind und Wärmestress ausmanövrieren können.
Die Ergebnisse des Forschungsteams von der Virginia Tech unter der Leitung von Professor Michael Friedlander zeigten, dass zwei untersuchte antarktische Fischarten einer Erhöhung ihrer Umgebungstemperatur mit verstärktem Fächern und Abspreizung der Brustflossen, schnellen Fluchtbewegungen und einem verstärkten abwechselnden Bewegungs- und Ruhemuster reagierten. Dadurch erhöhen die Fische auch ihre Atmung und können so, je nach Art, mehr Sauerstoff über die Kiemen, beziehungsweise über die Haut aufnehmen. Dazu meint Professor Friedlander: «Antarktische Fische scheinen den erhöhten Stoffwechselbedarf (durch das wärmere Wasser, Anm. d. Red.) zu kompensieren, indem sie die Atmung durch artspezifische Bewegungs- und Atemreaktionen verbessern, was ihre Widerstandsfähigkeit gegenüber Umweltveränderungen und möglicherweise gegenüber der globalen Erwärmung zeigt.»
Für die Studie untersuchte der Hauptautor der Arbeit, Dr. Iskander Ismailov von der Virgina Tech, zum einen den «Black Rockcod» Notothenia coriiceps und zum anderen den Eisfisch Caenocephalus aceratus. Beide Arten wurde einer graduellen Erhöhung der Wassertemperatur von -1.8°C bis auf 13°C ausgesetzt und die Reaktionen darauf genau festgehalten und ausgewertet. Einer der wesentlichen Unterschiede der beiden verwandten Arten liegt in ihrem Blut. Notothenia besitzt, wie fast alle Wirbeltiere, Hämoglobin als Blutfarbstoff, während Caenocephalus kein Hämoglobin besitzt. Dadurch kann die Art nur rund 10 Prozent der Sauerstoffmenge transportieren. Die Tiere kompensieren dies damit, dass sie neben den Kiemen auch über die Haut Sauerstoff aufnehmen können und über ein spezielles Verteilsystem ihre Organe mit dem schneller fliessenden Blut versorgen können. Und da in kaltem Wasser mehr Sauerstoff verfügbar ist als in wärmerem Wasser, sind die Fische eigentlich sehr gut angepasst. «Eine Erwärmung der Umgebung bildet eine vielschichtige Herausforderung an die Fische», sagt Friedlander. «Dazu zählt eine erhöhte Temperatur des zentralen Nervensystems, der Muskulatur und des Herzens und gleichzeitig weniger verfügbarer gelöster Sauerstoff, der während der Atmung über die Kiemen fliesst.» Durch die Reaktion auf die Erwärmung mithilfe von Veränderungen der Bewegung gleichen die Fische diese Reduktion aus und tolerieren so die wärmere Umgebung.
Die Untersuchung ergab, dass die beiden Arten unterschiedliche Reaktionen auf die Erwärmung zeigten. Während die Eisfische verstärkt die Brustflossen nutzten und mehr Wasser über die Kiemen und die Haut strömen liessen, zeigte Notothenia schnellere Bewegungsmuster wie bei Fluchtreaktionen und mehr Spreizen der Kiemendeckel. Auch dies dient wohl der verstärkten Sauerstoffaufnahme, resümiert das Forschungsteam in ihrer Arbeit. Könnten sich also die Fische auch der graduellen Erwärmung ihres Lebensraumes anpassen und weiterhin in den Gewässern der Antarktis leben? «Während diese Ergebnisse darauf hindeuten, dass sich antarktische Fische unter extremen Bedingungen verhaltensmässig anpassen können, ist wenig über die Auswirkungen der Umwelterwärmung auf ihre Jagdgewohnheiten, Nahrungsverfügbarkeit und Fruchtbarkeit bekannt», erklärt Friedlander. Auch Iskander Ismailov warnt vor zu viel Euphorie: «Der Südliche Ozean wurde in den 70er und 80-Jahren des letzten Jahrhunderts massiv überfischt aufgrund unregulierter Fischerei. Diese Aktivitäten haben die Populationen einiger Arten so stark dezimiert, dass Aussichten auf eine Erholung noch unklar sind.» Und Professor Friedlander fügt abschliessend an: «Indem wir jetzt diese Art von Proof-of-Principle-Experimenten durchführen, um das physiologische Repertoire zu verstehen, das gefährdeten Arten zur Verfügung steht, können wir fundiertere Vorhersagen darüber treffen, welche Art von Störungen in komplexen Ökosystemen der Klimawandel auslösen kann und welche Art von Reserve und Anpassungsfähigkeit einzelne Arten einsetzen können.»
Dr. Michael Wenger, PolarJournal
Link zur Studie: Ismailov II, Scharping JB, Andreeva IE, Friedlander MJ (2021) Antarctic teleosts with and without hemoglobin behaviorally mitigate deleterious effects of acute environmental warming. PLoS ONE 16(11): e0252359. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252359