Das Leben im Ozean kann sich an den Klimawandel anpassen, aber mit versteckten Kosten

Angenommen, wir könnten zwanzig Generationen von Walen oder Haien beobachten, die sich an den Klimawandel anpassen – und messen, wie sie sich entwickeln und wie sich ihre Biologie verändert, wenn die Temperaturen und der Kohlendioxidgehalt steigen. Das könnte uns viel darüber sagen, wie widerstandsfähig das Leben in den Ozeanen gegenüber einer wärmeren Welt sein könnte. Aber es würde auch Hunderte von Jahren dauern – nicht sehr nützlich für Wissenschaftler oder politische Entscheidungsträger, die versuchen, unsere heutige sich erwärmende Welt zu verstehen.

Betrachten Sie stattdessen das Leben des Copepoden Acartia Tonsa, eines winzigen und bescheidenen Meerestiers am Ende des Nahrungsnetzes. Es reproduziert, reift und schafft in etwa zwanzig Tagen eine neue Generation. Zwanzig Ruderfußkrebs-Generationen vergehen in etwa einem Jahr.

Ein Team von sechs Wissenschaftlern unter der Leitung der Biologin Melissa Pespeni von der University of Vermont (UVM) und des Postdoktoranden Reid Brennan tat genau das: In einem einzigartigen Laborexperiment setzten sie Tausende von Copepoden den hohen Temperaturen und dem hohen Kohlenstoffgehalt aus Kohlendioxidwerte, die für die Zukunft der Ozeane vorhergesagt werden. Und sah zu, wie zwanzig Generationen vergingen. Dann nahmen sie einige der Ruderfußkrebse und setzten sie auf die Ausgangsbedingungen zurück – die Temperatur- und CO2-Werte, mit denen die erste Generation begann, die den heutigen Meeresbedingungen entsprechen. Und dann sahen sie weiter zu, wie drei weitere Generationen vergingen.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturkommunikation„zeigen, dass es Hoffnung gibt“, sagt Pespeni, „aber auch die Komplexität, wie das Leben auf den Klimawandel reagiert.“

Der Preis der Plastizität

Ihre Hoffnung beruht auf der Beobachtung des Teams, dass die Ruderfußkrebse nicht unter den Bedingungen des Klimawandels gestorben sind. Stattdessen blieben sie bestehen und gediehen sogar. Die Wissenschaftler – vom UVM; Universität von Connecticut; GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Deutschland; und University of Colorado, Boulder – zeichneten viele Veränderungen in den Genen der Copepoden auf, die damit zusammenhängen, wie sie mit Hitzestress umgehen, ihre Skelette in saureren Gewässern wachsen lassen, Energie produzieren und andere zelluläre Prozesse, die vom Klimawandel betroffen sind. Dies zeigt, dass diese Kreaturen in ihrer genetischen Ausstattung – unter Verwendung der in natürlichen Populationen vorhandenen Variationen – die Fähigkeit haben, sich über zwanzig Generationen anzupassen und sich weiterzuentwickeln, um ihre Fitness in einer radikal veränderten Umgebung aufrechtzuerhalten. Die Beobachtungen des Teams stützen die Idee, dass Ruderfußkrebse – eine weltweit verbreitete Gruppe von Krebstieren, die von vielen kommerziell wichtigen Fischarten gefressen werden – widerstandsfähig gegen die beispiellose schnelle Erwärmung und Versauerung sein könnten, die jetzt durch die Nutzung fossiler Brennstoffe durch den Menschen in den Ozeanen ausgelöst wird.

Die Komplexität – „es ist wirklich eine Warnung“, sagt Pespeni – ergibt sich aus der Beobachtung des Teams, was mit den Ruderfußkrebsen passiert ist, die in den Ausgangszustand zurückversetzt wurden. Diese Kreaturen enthüllten die versteckten Kosten der früheren zwanzig Generationen der Anpassung. Die Flexibilität, die den Ruderfußkrebsen half, sich über zwanzig Generationen zu entwickeln – was die Wissenschaftler als „phänotypische Plastizität“ bezeichnen – wurde untergraben, als sie versuchten, zu zuvor harmlosen Bedingungen zurückzukehren. In gewissem Sinne „nach Hause“ gebracht, waren die Ruderfußkrebse weniger gesund und produzierten kleinere Populationen. Sie waren in der Lage, sich nach drei Generationen wieder zu den Bedingungen ihrer Vorfahren zu entwickeln – aber sie hatten die Fähigkeit verloren, ein begrenztes Nahrungsangebot zu tolerieren, und zeigten eine verringerte Widerstandsfähigkeit gegenüber anderen neuen Formen von Stress.

„Wenn Ruderfußkrebse oder andere Lebewesen diesen Anpassungspfad gehen müssen – und einen Teil ihrer genetischen Variation aufwenden müssen, um mit dem Klimawandel fertig zu werden – werden sie dann in der Lage sein, einen neuen Umweltstressor, eine andere Veränderung in der Umwelt zu tolerieren?“ Pespeni wundert sich. Copepoden gehören zu einer breiten Gruppe von Arten, von denen prognostiziert wird, dass sie widerstandsfähig gegen den schnellen Klimawandel sind – und diese neue Studie, die von der National Science Foundation unterstützt wird, bestätigt diese Ansicht.

„Aber wir müssen uns vor zu einfachen Modellen in Acht nehmen – darüber, wie gut Arten abschneiden und welche in Zukunft bestehen bleiben –, die nur eine Variable betrachten“, sagte Reid Brennan, der diese Studie im Labor von Melissa Pespeni an der University of London abgeschlossen hat Vermont und ist jetzt am GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel, Deutschland. Und die neue Studie der Wissenschaftler über Ruderfußkrebse weist auf eine größere Wahrheit über die komplizierte Ökonomie der Evolution hin: Es kann unvorhergesehene Kosten für die schnelle Entwicklung in einer plötzlich heißen Welt geben.