Die Studie schlägt eine neue Erklärung für den Sardellenboom und -abschwung in Kalifornien vor

Neue Forschungen von Scripps- und NOAA-Wissenschaftlern haben ökologische Zusammenhänge entdeckt, die helfen könnten, die Booms und Pleite der Sardellenpopulation in Kalifornien zu erklären. Wenn die Korrelationen weiteren Untersuchungen standhalten, könnten sie eines Tages dazu beitragen, das Management der kalifornischen Sardellenfischerei zu informieren und den Schutz zu verbessern.

Die Nördliche Sardelle (Engraulis mordax) ist eine wichtige Nahrungsquelle für viele der auffälligsten Meereslebewesen Kaliforniens – darunter Scharen von Seelöwen, Delfinschwärme, lukrative Thunfischfischereien und Scharen von Walen. Aber eines der Kennzeichen der Sardellenpopulation vor Kalifornien ist der Zyklus von Aufschwüngen und Abschwüngen, der mehr als ein Jahrzehnt andauern kann. Diese Höhen und Tiefen wirken sich auf das gesamte Meeresökosystem aus, wobei Zusammenbrüche manchmal dazu führen, dass Seelöwenjunge verhungern oder braune Pelikane ihre Küken verlassen.

Was genau diese Auf- und Abschwünge antreibt, ist trotz jahrzehntelanger wissenschaftlicher Untersuchungen, insbesondere durch das CalCOFI-Forschungsprogramm, das gemeinsam von der Scripps Institution of Oceanography der UC San Diego, der National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) und dem California Department of Oceanic durchgeführt wird, unklar geblieben Fisch und Wildtiere. Das Programm untersucht Meeresökosysteme entlang der kalifornischen Küste und ist eines der größten und längsten Meeresüberwachungsprogramme der Welt.

Die Studie, veröffentlicht in Naturkommunikationweist auf das Meeresökosystem hin, das frisch geschlüpfte Sardellen, sogenannte Larven, umgibt. Die Forscher analysierten Sardellenlarven aus 45 Jahren, die im Rahmen von CalCOFI-Erhebungen gesammelt wurden, und stellten fest, dass die Länge der Nahrungskette, die die Larven versorgt, stark mit dem Auf- und Abschwung der Sardellenpopulation korreliert.

Konkret gingen kürzere Nahrungsketten einem Aufschwung und längere Nahrungsketten einem Zusammenbruch voraus. Bei kürzeren Nahrungsketten der Larven gibt es weniger Schritte, in denen ein Tier ein anderes frisst, zwischen dem photosynthetischen Phytoplankton, das die Energie der Sonne an der Basis der Nahrungskette nutzt, und den Larven, die hauptsächlich Zooplankton fressen.

Rasmus Swalethorp, Hauptautor der Studie und assoziierter Projektwissenschaftler bei Scripps, sagte, eine der wahrscheinlichen Erklärungen für diesen Zusammenhang sei, dass kürzere Nahrungsketten effizienter seien und dazu führten, dass mehr Energie von der Basis der Nahrungskette zu den Sardellenlarven gelangt. Swalethorp sagte, dies liege daran, dass jedes Mal, wenn Organismen aus verschiedenen Teilen der Nahrungskette sich gegenseitig verzehrten, es bekanntermaßen zu einem Energieverlust käme.

„Es ist vergleichbar mit dem Energieverlust, der auftritt, wenn Strom vom Kraftwerk zu unseren Häusern gelangt – je länger die Entfernung, desto mehr Energie geht unterwegs verloren“, sagte Swalethorp. „So geht es von einer Ebene der Nahrungskette zur nächsten – je mehr Schritte, desto weniger Energie gelangt zu den Sardellenlarven. Die Larven könnten genau die gleichen Nahrungsmittel fressen, aber wenn sich die Nahrungskette verlängert, kann das bedeuten.“ Es gibt weniger Nahrung oder die gleichen Lebensmittel enthalten nicht so viel Energie.

Infolgedessen kann eine kürzere Nahrungskette wahrscheinlich mehr einzelne Sardellenlarven unterstützen.

Swalethorp begann 2014 mit der Forschung hinter diesem Papier in der Hoffnung, die Stärke des Stichprobenprogramms von CalCOFI zu nutzen, um die Mechanismen besser zu verstehen, die dem Aufstieg und Fall dieses entscheidenden Akteurs im aktuellen Ökosystem Kaliforniens zugrunde liegen.

„Der Ozean ist ein sehr großer Ort und unsere Möglichkeiten, ihn auf repräsentative Weise zu beproben, sind sehr begrenzt“, sagte Swalethorp. „CalCOFI ist die umfassendste Meeresökosystem-Untersuchung auf dem Planeten und die beste Chance, die wir haben, um diese größeren ökologischen Mechanismen zu verstehen.“

Konkret wollten die Forscher die Idee testen, dass ein entscheidender Faktor dafür, wie viele nördliche Sardellen in einem bestimmten Jahr die Gefahren des Larvenlebens überleben, die Struktur der Nahrungskette ist, an der die Larven beteiligt sind. Dazu ermittelten die Forscher mittels stabiler Stickstoffisotopenanalyse die Länge der Nahrungskette von 207 etwa drei Wochen alten Sardellenlarven, die das CalCOFI-Programm zwischen 1960 und 2005 gesammelt hatte.

Im Jahr 2020 veröffentlichte das Team ein Papier Einzelheiten zu dieser Methode zur Schätzung der Länge der Nahrungskette in chemisch konserviertem Fisch, die auf der Grundidee beruht, dass, wenn ein Organismus einen anderen frisst, das verzehrte Lebewesen eine chemische Signatur im Gewebe seines Verbrauchers hinterlässt. In diesem Fall enthüllt die Analyse nicht die genaue Identität, wer wen gefressen hat, könnte aber genutzt werden, um Rückschlüsse darauf zu ziehen, wie viele Glieder in der Nahrungskette zwischen dem Phytoplankton und den Sardellenlarven waren.

Die Analyse ergab, dass kürzere Nahrungsketten der Larven tendenziell ein oder zwei Jahre vor Perioden boomender Sardellenpopulationen lagen, während längere Nahrungsketten der Larven in den darauffolgenden ein bis zwei Jahren mit einem Rückgang der Sardellenzahlen einhergingen. Darüber hinaus blieben die Veränderungen in der Länge der Nahrungskette während der meisten Boom- und Pleitephasen bestehen.

Swalethorp lieferte einige mögliche Erklärungen dafür, wie und warum die Länge der Nahrungskette von Jahr zu Jahr zunehmen oder abnehmen könnte.

„Junge Sardellenlarven sind sehr anfällig für Hunger und ihr Überleben hängt wirklich von der Effizienz ab, mit der die Energie sie erreicht“, sagte Swalethorp. „Wenn die Nahrungskette kurz und effizient ist, hilft das wahrscheinlich, dass mehr Larven überleben, was dazu beitragen kann, in den nächsten ein oder zwei Jahren einen Boomzyklus voranzutreiben.“

Da die aktuelle Studie die einzelnen Arten in den gefundenen längeren und kürzeren Nahrungsketten nicht identifizieren kann, kann die Studie laut Swalethorp nicht erklären, warum längere Nahrungsketten mit Sardellenbüsten korrelieren und umgekehrt. Unabhängig davon, warum dieser Zusammenhang besteht, sagte Swalethorp, dass ein Larven-Nahrungskettenindex – eine jährliche Messung der Länge der Larven-Nahrungskette unter Verwendung stabiler Stickstoffisotope – möglicherweise ein nützliches Instrument zur Schätzung der Sardellenpopulationstrends in naher Zukunft sein könnte, aber dass weitere Forschung erforderlich sei um sein Potenzial auszuloten.

Swalethorp stellte außerdem fest, dass die Länge der Nahrungskette der Larven im Untersuchungszeitraum zwar ein wichtiger Einflussfaktor gewesen zu sein scheint, es aber auch andere wichtige Einflussfaktoren gibt, deren relative Bedeutung wahrscheinlich über Raum und Zeit variiert.

Für die Zukunft wäre es faszinierend, die Zeitreihe der Studie auf die Gegenwart auszudehnen, sagte Swalethorp, da die aktuelle Analyse nicht die Jahre nach 2015 abdeckt, als die Sardellenpopulationen vor Kalifornien erneut boomten. Er sagte auch, dass das Team damit beginne, die komplexen Fragen zu untersuchen, wer genau wen isst, wenn sich die Nahrungsketten verlängern, und was diese Veränderungen an der Basis der Nahrungskette auslöst.

Darüber hinaus wird sich die Aussagekraft dieser Korrelation erst dann wirklich auf die Probe stellen, wenn die Forscher versuchen, sie auf andere Regionen und andere Fischarten anzuwenden, etwa auf die peruanische Sardelle (Engraulis ringens) – die größte Einzelfischerei der Welt.