Die Anfälligkeit von Roten Seeigeln durch den Klimawandel hängt vom Standort ab

Eine neue Studie über Rote Seeigel, eine kommerziell wertvolle Art, untersuchte, wie verschiedene Populationen auf Veränderungen in ihrer Umgebung reagieren. Die Ergebnisse zeigen, dass die Populationen des Roten Seeigels in Nord- und Südkalifornien an ihre lokalen Bedingungen angepasst sind, sich jedoch in ihrer Anfälligkeit für die in Zukunft zu erwartenden Umweltveränderungen aufgrund des globalen Klimawandels und der Ozeanversauerung unterscheiden.

Die neuen Erkenntnisse, veröffentlicht 20. Januar in Wissenschaftliche Fortschritte, weisen darauf hin, dass die Populationen des Roten Seeigels in Südkalifornien möglicherweise anfälliger für den Klimawandel sind als die in Nordkalifornien. Obwohl die Seeigel in Südkalifornien bereits an wärmere Bedingungen angepasst sind, vermuten die Forscher, dass eine weitere Erwärmung ihrer Umgebung möglicherweise mehr ist, als sie tolerieren können.

„Rote Seeigel aus der südkalifornischen Population reagierten viel empfindlicher auf Umweltveränderungen als die aus Nordkalifornien, und wir denken, dass dies wahrscheinlich ist, weil sie bereits näher an einer Art thermischer Grenze sind“, sagte die leitende Autorin Kristy Kroeker, Professorin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der UC Santa Cruz.

Die Erstautorin Emily Donham leitete die Studie als UCSC-Doktorandin und ist jetzt Postdoktorandin an der UC Santa Barbara. „Rote Seeigel sind eine wichtige Fischart entlang unserer Küste, daher ist es sehr wichtig zu verstehen, wie sie wahrscheinlich vom Klimawandel beeinflusst werden“, sagte sie.

Die Studie untersuchte die Auswirkungen von drei wichtigen Umweltvariablen im Küstenlebensraum der Seeigel: Wassertemperatur, gelöster Sauerstoff und pH-Wert (ein Maß für die Ozeanversauerung). Der durch erhöhtes Kohlendioxid in der Atmosphäre verursachte Klimawandel erwärmt die Ozeane und verringert den Sauerstoffgehalt im Wasser, während eine erhöhte Aufnahme von Kohlendioxid durch das Meerwasser zu einer Versauerung der Ozeane führt.

Laut Kroeker haben sich die meisten Studien, die sich mit der Anpassungsfähigkeit von Arten an den Klimawandel befassen, auf einen Aspekt des Umweltwandels konzentriert, wie etwa die Erwärmung oder die Versauerung der Ozeane. „Aber all diese Arten, um die wir uns Sorgen machen, sind in Umgebungen mit mehreren Variablen eingebettet, die vom Klimawandel betroffen sein werden“, sagte sie.

Mithilfe eines entlang der Küste eingesetzten Netzwerks von Sensoren charakterisierten die Forscher zunächst die aktuellen Bedingungen in den Kelpwäldern Nord- und Südkaliforniens. Es gibt große Unterschiede zwischen den Küstengewässern Nord- und Südkaliforniens aufgrund des starken saisonalen Auftriebs im Norden, der kaltes Tiefenwasser mit reduziertem Gehalt an gelöstem Sauerstoff und niedrigerem pH-Wert (näher am sauren Ende der Skala) an die Oberfläche bringt. Der Küstenauftrieb ist in Südkalifornien viel schwächer.

Infolgedessen sind die Seeigelpopulationen in Nordkalifornien bereits Bedingungen ausgesetzt, die saurer, weniger sauerstoffreich und kälter sind als die Gewässer in Südkalifornien. In Zukunft werden jedoch beide Regionen im Vergleich zu den heutigen Bedingungen wärmere, saurere und weniger sauerstoffreiche Gewässer erleben.

Um die Empfindlichkeit roter Seeigel gegenüber diesen sich ändernden Bedingungen zu untersuchen, züchteten die Forscher junge Seeigel aus den beiden Regionen in Außenbecken des Long Marine Laboratory der UCSC, wo sie die Bedingungen in jedem Becken kontrollieren konnten.

Die Experimente setzten Seeigel aus beiden Populationen den durchschnittlichen Bedingungen in jeder der beiden Regionen für Temperatur, gelösten Sauerstoff und pH-Wert aus. Die Ergebnisse zeigten deutlich, dass Populationen des Roten Seeigels an ihre Heimatumgebung angepasst sind und eine erhöhte Sterblichkeit erfahren, wenn sie unter verschiedenen Bedingungen aufgezogen werden. Südkalifornische Seeigel erging es unter nordkalifornischen Bedingungen schlecht und umgekehrt.

Die Forscher setzten die Roten Seeigel auch den zukünftigen Bedingungen aus, die für ihre Heimatregionen basierend auf regionalen Klimaprojektionen für das Jahr 2100 erwartet werden. Diese zukünftigen Bedingungen überschneiden sich im Allgemeinen nicht mit den derzeit entlang der Küste gemessenen Bedingungen.

Obwohl die Sterblichkeit in Populationen aus beiden Regionen unter den prognostizierten zukünftigen Bedingungen zunahm, zeigten die nordkalifornischen Seeigel eine geringere Sterblichkeit und eine bessere Körperkondition als die südkalifornischen Seeigel.

„Obwohl die nordkalifornische Bevölkerung in Zukunft saureren und sauerstoffärmeren Bedingungen ausgesetzt sein wird, waren die südkalifornischen Bevölkerungen viel stärker betroffen“, sagte Kroeker.

Dies war eine Überraschung, sagte sie, da die Populationen in Nordkalifornien an saisonale Veränderungen angepasst sind, bei denen Temperatur, gelöster Sauerstoff und pH-Wert gemeinsam abnehmen, während mit dem Klimawandel diese eng gekoppelte Variation oder „Kovarianzstruktur“ gebrochen wird . Gelöster Sauerstoff und pH-Wert werden weiter sinken, aber die Temperatur wird steigen.

„Es bricht die Umweltkovarianzstruktur zusammen, an die sie angepasst sind, also war unsere Vorhersage, dass sie dadurch anfälliger werden. Aber das haben wir nicht gefunden“, sagte Kroeker.

Die Ergebnisse legen nahe, dass die Wassertemperatur eine kritische Umweltvariable für Rote Seeigel ist. Mit zunächst wärmeren Temperaturen müssen die Küstengewässer Südkaliforniens möglicherweise nicht viel wärmer werden, um Temperaturen zu erreichen, die für Rote Seeigel unwirtlich sind.

„Wir sollten nicht davon ausgehen, dass die Anfälligkeit einer Art für den Klimawandel in ihrem gesamten Verbreitungsgebiet gleich ist“, sagte Kroeker. „Jede Bevölkerung ist an die lokalen Bedingungen angepasst, und nicht alle Bevölkerungsgruppen werden ähnlich auf den globalen Klimawandel reagieren.“

Neben Donham und Kroeker gehören zu den Co-Autoren Iris Flores, Alexis Hooper und Evan O’Brien von der UC Santa Cruz; Kate Vylet und Jan Freiwald von der Reef Check Foundation; und Yuichiro Takeshita vom Monterey Bay Aquarium Research Institute.