Studie enthüllt Biodiversitätsmotor für Fische: Verschiebung der Wassertiefe

Fische, die artenreichsten Wirbeltiere im Tierreich, stellen Evolutionsbiologen vor ein Rätsel: Der größte Artenreichtum findet sich in den tropischen Gewässern der Welt, doch die Fischgruppen, die neue Arten hervorbringen, besiedeln am schnellsten kältere Klimazonen in höheren Breiten.

Eine neue Studie hilft, dieses Paradox zu erklären. Die Forscher entdeckten, dass die Fähigkeit von Fischen in gemäßigten und polaren Ökosystemen, vom flachen ins tiefe Wasser hin und her zu wechseln, eine Diversifizierung der Arten auslöst.

Ihre Ergebnisse wurden am 11. Februar in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikationdeuten darauf hin, dass die Erwärmung der Ozeane in höheren Breiten durch den Klimawandel die Entwicklung von Fischarten behindern wird.

„Die Fischkladen, die die größte Fischvielfalt in den heutigen Ozeanen beitragen, nutzen die Wassersäule und insbesondere die Meerestiefen, um sich zu diversifizieren“, sagte Hauptautorin Sarah T. Friedman, die die Forschung leitete, als sie Postdoktorandin bei G. Evelyn Hutchinson war Jale.

„Fische, die diese Streifzüge in die Tiefsee unternehmen, befinden sich fast ausschließlich in hohen Breiten, wo es einfacher ist, sich entlang der Wassersäule zu bewegen. Diese Regionen erleben die drastischste Erwärmung durch den Klimawandel, der die Speziation zu stören droht, indem sie sie verstärkt schwierig für Fische, die Tiefe zu ändern.“

Friedman, jetzt Forschungsfischbiologe bei der National Oceanic and Atmospheric Administration, hat die Studie gemeinsam mit Martha Muñoz verfasst, einer Assistenzprofessorin für Ökologie und Evolutionsbiologie an der Fakultät für Künste und Wissenschaften in Yale und einer Assistenzkuratorin für Wirbeltierzoologie am Yale Peabody Museum .

Für die Studie analysierten die Forscher vorhandene Daten zum weltweiten Artenvorkommen von 4.067 Fischarten, die Informationen zur geografischen Verbreitung und Artbildungsrate der Arten enthielten. Zum Teil modellierte ihre Analyse, wie oft erwartet wird, dass Fischlinien die Tiefen des Ozeans überqueren. Indem sie eine Verteilung der erwarteten Tiefenverschiebungen auslegten, konnten die Forscher die Anzahl der beobachteten Übergänge in bestimmten Abstammungslinien vergleichen.

Sie fanden heraus, dass artenreiche Abstammungslinien in hohen Breiten – Aalmuttern, Felsenfische, Plattfische, Eisfische und Schneckenfische – öfter als erwartet die Wassersäule auf und ab bewegten. In der Zwischenzeit änderten extrem vielfältige tropische Abstammungslinien wie Grundeln und Lippfische die Tiefe weniger häufig als vorhergesagt.

Fischkladen, evolutionäre Abstammungslinien mit einem gemeinsamen Vorfahren, die sich entlang des Tiefengradienten frei ausbreiten können, könnten eher von neuen Ressourcen oder Nischen in bestimmten Tiefen profitieren und von anderen Mitgliedern ihrer Gruppe isoliert werden, sagten die Forscher. Dies kann zu wiederholten lokalen Anpassungen und der Evolution neuer Arten führen.

Viele Variablen können die Fähigkeit eines Fisches beeinflussen, sich zwischen Tiefen zu bewegen, einschließlich Wassertemperatur, Druck und Lichteinfall. Friedman und Muñoz schlagen vor, dass die Temperatur eine wichtige Rolle bei der Fähigkeit von Fischkladen in hohen Breiten spielt, sich entlang der Wassersäule zu bewegen. Fischgruppen, die in kälterem Wasser leben, haben es leichter, in die Tiefen des Ozeans zu gelangen, wo die Wassertemperatur dramatisch abfällt. Im Gegensatz dazu stehen tropische Fische, die ihr Leben in warmen, flachen Gewässern verbringen, vor einer steilen thermischen Barriere, um in die Tiefsee zu gelangen, sagten die Forscher.

Die bestehende hohe Biodiversität in tropischen Gewässern könnte ein Überbleibsel aus der tiefen Vergangenheit sein, als wärmere Regionen Brutstätten der Artengeneration waren, aber im Laufe der Zeit begann die Diversifizierung näher an den Polen der Erde zu erfolgen, erklärten sie.

Aber dieser Biodiversitätsmotor in höheren Breiten ist anfällig für den Klimawandel. Da das Wasserprofil in höheren Breiten so viel einheitlicher ist als in den Tropen, sind die dort lebenden Fische physiologisch genau auf diese Umgebungen abgestimmt, erklärte Muñoz. Für sie wird eine Temperaturverschiebung von einem Grad physiologisch herausfordernder sein als für einen Organismus, der eher ein thermischer Generalist ist.

„Wenn sich die Ozeane erwärmen, könnten Organismen mit steileren Barrieren für die Ausbreitung über die Tiefensäule konfrontiert sein“, sagte Muñoz. „Ich denke, wir werden mit der Zeit eine Verlangsamung dieses Motors der Biodiversifizierung sehen.“