Wie Eutrophierung und Klimawandel die Nahrungsnetze in der Ostsee verändern

Phytoplankton ist die primäre Energiequelle für alle Meeresökosysteme: Die im Meerwasser schwimmenden winzigen Pflanzen binden mithilfe der Photosynthese Energie in Form von Biomasse, die dann Schritt für Schritt in den marinen Nahrungsnetzen an verschiedene Fischarten weitergegeben wird und Fischfresser.

Wie viel Energie die verschiedenen Organismen erreicht, hängt von ihrer Position im Nahrungsnetz ab. Rund 90 Prozent der Energie gehen als Wärme von einer Ebene zur nächsten verloren. Je mehr Ebenen ein Nahrungsnetz hat, desto weniger Energie gelangt zu den Organismen in den höchsten Positionen, zum Beispiel zu den Raubfischen.

„Das Phytoplankton der zentralen Ostsee hat sich in den letzten drei Jahrzehnten erheblich verändert. Im Sommer wird es zunehmend von Massenentwicklungen fadenförmiger Cyanobakterien dominiert. Das Phänomen ist als Blaualgenblüte bekannt“, sagt Meeresbiologe Markus Steinkopf am Leibniz-Institut für Ostseeforschung (IOW).

Aufgrund der durch den Klimawandel bedingten höheren Wassertemperaturen und der anhaltend hohen Nährstoffbelastung der Ostsee seien die Blaualgen dem anderen Phytoplankton wettbewerbsfähig überlegen, erklärt Steinkopf.

„Fadenblaue Algen können aufgrund ihrer Form und Größe nicht von den Kleinkrebsen des Zooplanktons aufgenommen werden, die typischerweise nach dem Phytoplankton die nächste Position in marinen Nahrungsnetzen einnehmen. Bislang sind die Folgen für die Energieversorgung höherer Organismen.“ waren weitgehend unbekannt“, sagt der Hauptautor der jetzt veröffentlichten Studie zu Nahrungsnetzveränderungen in der Ostsee veröffentlicht im Tagebuch Ökologie und Evolution.

Steinkopf ging dieses Problem an, indem er die Nahrungsnetzposition von Kabeljau und Flunder in der zentralen Ostsee mit Kabeljau und Flunder aus der westlichen Ostsee verglich, wo es keine Blaualgenblüten gibt. Er nutzte die Analyse stickstoffstabiler Isotope in Aminosäuren, um die Ernährung der untersuchten Fischpopulationen zu identifizieren und so deren Position im Nahrungsnetz zu bestimmen.

Je nachdem, wovon sich die Fische ernähren, können in ihrem Muskelgewebe charakteristische Muster der verschiedenen stabilen Aminostickstoffisotope nachgewiesen und sehr genau interpretiert werden.

Das Forscherteam um den Warnemünder Wissenschaftler kam in Bezug auf den Kabeljau zu einem äußerst eindeutigen Ergebnis: In der blaualgenreichen zentralen Ostsee, in der die östliche Ostsee-Dorschpopulation lebt, ist das Nahrungsnetz deutlich länger als beim Kabeljau in der westlichen Ostsee Meer.

Steinkopf sagt: „Die Nahrungsnetzposition des westlichen Ostseedorsches liegt bei 4,1, während die des östlichen Ostseedorsches zwischen 4,8 und 5,2 liegt. Das bedeutet einen Energieverlust von 60 bis 99 Prozent für den östlichen Ostseedorsch im Vergleich zum westlichen Ostseedorsch.“ Kabeljau.“ In der Nahrungsnetzposition der Flunder gab es allerdings nur geringe Unterschiede zwischen den beiden Meeresgebieten: 3,4 in der westlichen vs. 3,1 in der zentralen Ostsee.

„Flunder ernähren sich in beiden Meeresgebieten vor allem von Muscheln, die über ein Phytoplankton-basiertes Nahrungsnetz verfügen, unabhängig davon, ob es Blaualgenblüten gibt oder nicht. Große Unterschiede waren daher nicht zu erwarten“, erklärt Uwe Krumme vom Thünen-Institut für Ostsee Sea Fisheries, Co-Autor der Studie. Das Thünen-Institut, das über entsprechende Expertise zu Fischbeständen in der Ostsee verfügt, hat für die Studie unter anderem die Fischproben aufbereitet.

„Bei den beiden Dorschbeständen stellt sich die Situation anders dar. Der westliche Ostseedorsch ernährt sich hauptsächlich von der Strandkrabbe, einem Meeresbodenbewohner. Ihr Nahrungsnetz ist daher kürzer als das des östlichen Ostseedorschs, der sich hauptsächlich von Hering und Sprotte ernährt.“ „Diese Ernährungsunterschiede allein können jedoch nicht die deutlich höhere Nahrungsnetzposition des östlichen Ostseedorsches erklären“, so Krumme weiter.

Was ist also die Ursache für die deutliche Verlängerung des Nahrungsnetzes des Dorschs in der östlichen Ostsee?

„In den Blaualgengebieten stellt das Zooplankton seine Ernährung um. Statt sich vegetarisch zu ernähren, ernährt es sich von Mikroben, die sich von den Ausscheidungen oder Zersetzungsprodukten der Blaualgen ernähren, wenn die Blüten absterben – wie frühere IOW-Analysen zeigen.“ „Dadurch entsteht eine vollständige zusätzliche Ebene im Nahrungsnetz, die unweigerlich zu einem hohen Energieverlust in den Organismen nachfolgender Nahrungsnetzpositionen führt“, erklärt Natalie Loick-Wilde, Spezialistin für isotopenbasierte Nahrungsnetzanalyse und ebenfalls Mitautorin von die Studie.

„Solche Nahrungsnetzverlängerungen bei Fischen werden schon länger theoretisch diskutiert. Jetzt können wir sie erstmals direkt messen und eindeutig dem von Blaualgen dominierten Nahrungsnetz zuordnen“, so der Meeresbiologe sagt. Sie hat am IOW eines der wenigen Meeresforschungslabore weltweit aufgebaut, in dem stabile Stickstoff- und Kohlenstoffisotope in 13 verschiedenen Aminosäuren gemessen werden können.

„Die isotopenbasierte Nahrungsnetzanalyse ist ein wertvolles Instrument, um grundlegende Veränderungen in Ökosystemen aufzudecken und Wechselwirkungen besser zu verstehen. Die Energiekrise beim östlichen Ostsee-Dorsch zeigt, dass Fischereibeschränkungen allein nicht mehr für eine Bestandserholung ausreichen. Vielmehr geht es um die Nahrung.“ „Das Netz selbst muss saniert werden. Dies kann jedoch nur gelingen, wenn länderübergreifend alle Möglichkeiten genutzt werden, die Eutrophierung der Ostsee in den Griff zu bekommen“, sagt Steinkopf. Die Ergebnisse zur Flunder zeigen, dass nicht alle Teile des Nahrungsnetzes gleichermaßen betroffen sind.

„Die Studie legt jedoch auch nahe, dass die Verlängerung des Nahrungsnetzes bzw. der Trophie nicht nur in der Ostsee relevant ist, sondern sich zu einem globalen Problem entwickeln wird, da der Klimawandel schädliche Algenblüten und viele andere Stressfaktoren für Nahrungsnetze begünstigt“, schlussfolgert der Meeresbiologe.