Meeresschwämme brauchen wie Fische und Menschen Sauerstoff

Die unscheinbaren Meeresschwämme sind die ältesten Vielzeller der Erde und filtern seit fast 900 Millionen Jahren die Ozeane, lange bevor die ersten Pflanzen an Land kamen. Neue Forschungsergebnisse erscheinen in der Zeitschrift Fischerei-Bulletinveröffentlicht von der National Oceanic and Atmospheric Administration, weist darauf hin, dass ihr Wachstum in ähnlicher Weise wie bei komplexeren Tieren wie Fischen von ihrer Sauerstoffversorgung abhängt.

Forscher der University of British Columbia und der Florida International University erklären, dass beim Wachstum von Schwämmen eine „dimensionale Spannung“ im Spiel ist, weil sie gezwungen sind, sich auf den zweidimensionalen Querschnitt ihrer Inhalationsporen zu verlassen, um ihre dreidimensional wachsenden Körper mit Sauerstoff zu versorgen in Wasser gelöst.

Durch die Analyse von Daten aus neuen und früheren Studien zu Schwämmen und die Schätzung ihrer Wachstumsparameter legen die Forscher nahe, dass eine solche Atembelastung im zentralen Teil von kugelförmigen Schwämmen, wie sie kommerziell geerntet werden, ihre maximale Größe begrenzt. Jenseits dieser Größe ändern sich Schwämme von nahezu kugelförmigen zu vasenförmigen Formen. Der zentrale, sauerstoffarme Teil fast kugelförmiger Schwämme ist jedoch reich an anaeroben Mikroben – also solchen, die keinen molekularen Sauerstoff zum Überleben benötigen.

„Dies bedeutet, dass sich Schwämme so entwickelt haben, dass sie komplexe mikrobielle Gemeinschaften in sich nähren können, um mit den geometrischen Einschränkungen ihrer Physiologie fertig zu werden“, sagte Dr. Daniel Pauly, Hauptautor der Studie und Hauptforscher von Sea Around US-Initiative am UBC Institute for the Oceans and Fisheries.

„Diese mikrobiellen Gemeinschaften ähneln dem Mikrobiom des menschlichen Darms und können 40 % des feuchten Körpergewichts eines Schwamms entsprechen. Eine hohe Mikrobendichte verleiht dem Schwamm mehrere vorteilhafte Funktionen, wie z. B. die Stoffwechselregulierung“, sagte Dr. Pauly.

Der UBC-Forscher ist die Person hinter der Gill Oxygen Limitation Theory, die die Zusammenhänge zwischen Wachstum und Atmung bei Fischen und anderen wasseratmenden Tieren erklärt.

„Schwämme entstanden vor über 800 Millionen Jahren im Präkambrium. Damals betrug der atmosphärische Sauerstoffgehalt nur etwa 50 % dessen, was er heute ist. Obwohl die globalen Sauerstoffvorräte später mit der Entwicklung mehrzelliger Pflanzen zunahmen, wurden 500 Millionen Jahre lang Schwämme verwendet hat sich in einer sauerstoffarmen Welt entwickelt. In Ermangelung von Geweben oder Organen, die auf die Sauerstoffaufnahme spezialisiert sind, wurde die Schwammmorphologie wahrscheinlich stark durch den physiologischen Sauerstoffbedarf eingeschränkt“, sagte Dr. Mark Butler von der Florida International University, ein Co-Autor der Studie .

Das Verständnis des Wachstums und der Entwicklung dieser alten Organismen ist wichtig, da sie wichtige ökologische Funktionen in Meeresökosystemen erfüllen, einschließlich in Korallenriffen.

Schwämme sind für die Regulierung des Austauschs von Energie, Masse und Nährstoffen zwischen Lebensräumen durch Filtration und Nährstoffkreislauf verantwortlich; Verbesserung der Lebensraumkomplexität; Veränderung von Sedimentstrukturen; Beitrag zu Unterwasser-Klanglandschaften und Bereitstellung von Nahrung für schwammfressende Arten.

„Schwämme sind auch wichtig für die Fischerei“, sagte Dr. Nicola Smith, eine weitere Co-Autorin der Studie und Forscherin am Institute for the Oceans and Fisheries der UBC. „In der Karibik begann der Export von Meeresschwämmen Mitte des 19. Jahrhunderts, da sie unter anderem für die Körperpflege, die Haus- und Autoreinigung, die medizinische Chirurgie, das Glasieren von Töpferwaren und die Reinigung von Industriemaschinen verwendet wurden. Heute international nachgefragt geerntete Schwämme wird hauptsächlich von der Kosmetik-, Biomedizin- und Aquarienbranche angetrieben.“

Daten der Ernährungs- und Landwirtschaftsorganisation der Vereinten Nationen zeigen, dass von 1950 bis 2019 fast 40.000 Tonnen verarbeitete Schwämme von zwei Dutzend Ländern exportiert wurden, was 1 Million Tonnen Lebendgewicht entspricht.

„Wenn es um die Anzahl der Länder geht, die Schwammpopulationen und ihre Fänge ausbeuten, sind die FAO-Zahlen wahrscheinlich unterschätzt“, sagte Dr. Smith. „Auch die Auswirkungen der kommerziellen Fischerei auf Schwammgemeinschaften sind weitgehend unbekannt, obwohl in Südflorida die Beschränkung der Ernte auf den Einsatz handwerklicher Techniken anscheinend zu einer nachhaltigen Fischerei geführt hat. In der Vergangenheit war dies jedoch bei vielen Schwammfischereien der Fall überfischt, dass sie zusammenbrachen.“

Im Anschluss an diese Studie werden die Forscher gemeinsam mit anderen Kollegen eine detaillierte Rekonstruktion der Fänge kommerzieller Schwämme auf der ganzen Welt durchführen.