Warum werden Fische kleiner, wenn das Wasser wärmer wird? Es sind nicht ihre Kiemen, findet Studie

Ein gemeinsames Team von Wissenschaftlern unter der Leitung der University of Massachusetts Amherst hat kürzlich herausgefunden, dass es keine physiologischen Beweise gibt, die eine führende Theorie – die sich auf die Oberfläche von Fischkiemen bezieht – darüber stützen, warum viele Fischarten „schrumpfen“, wenn das Wasser wärmer wird Klimawandel. Die als Gill Oxygen Limitation (GOL)-Theorie bekannte Theorie wurde als universeller Mechanismus zur Erklärung der Fischgröße vorgeschlagen und in einigen Vorhersagen zukünftiger globaler Fischereierträge verwendet.

Allerdings führten die Forscher, die die National Oceanic and Atmospheric Administration, den US Geological Survey, die University of California Davis und UMass Amherst vertraten, eine Reihe von Langzeitexperimenten an Bachforellen durch und stellten fest, dass erhöhte Temperaturen zwar zu einem deutlichen Rückgang führen Körpergröße und Kiemenoberfläche erklärten die Veränderung nicht. Die Ergebnisse der Studie wurden kürzlich in der veröffentlicht Zeitschrift für Experimentelle Biologie.

„Wir wissen, dass ein globaler Klimawandel stattfindet und unsere Ozeane und Flüsse wärmer werden“, sagt Joshua Lonthair, Dozent für Biologie an der UMass Amherst und Hauptautor der Studie. „Und wir wissen, dass viele Tiere – nicht nur Fische – bei wärmeren Temperaturen zu kleineren erwachsenen Körpergrößen heranwachsen. Wir haben sogar einen Namen dafür, die Temperaturgrößenregel. Aber trotz jahrzehntelanger Forschung verstehen wir immer noch nicht, warum Größe.“ nimmt mit steigender Temperatur ab.“

Sowohl bei Meeres- als auch bei Süßwasserfischarten haben steigende Wassertemperaturen entscheidende Auswirkungen auf den Stoffwechsel, die Fortpflanzung und andere Lebensfunktionen. Ein entscheidender Faktor, auf den sich die meisten Modelle des Fischereimanagements stützen, ist jedoch die Größe der Fische. Kommerzielle Fischerei wird oft durch die Tonnage reguliert, und wenn die Fische schrumpfen, werden mehr davon benötigt, um eine Tonne zu füllen. Ein geringeres Gewicht ist auch mit einer verminderten Reproduktion verbunden. Insgesamt bedeutet dies, dass Manager ihre Modelle an unsere sich verändernde Welt anpassen müssen.

Aber wie?

Eine führende Theorie, GOL, besagt, dass das Fischwachstum dadurch begrenzt wird, wie viel Sauerstoff die Kiemen dem Wasser entziehen können. Wenn sich das Wasser erwärmt, beschleunigen sich die biochemischen Prozesse der Fische und benötigen mehr Sauerstoff. Die GOL behauptet, dass Kiemen eine begrenzte Oberfläche haben, was die Menge an Sauerstoff, die sie liefern können, einschränkt und Fische daher unter warmen Wasserbedingungen nicht so groß werden können. Deshalb „schrumpfen“ Fische, um den begrenzten Sauerstoffbedarf zu decken, den ihre Kiemen liefern können.

Die GOL-Theorie liegt häufig zitierten Modellprojektionen drastischer Reduzierungen künftiger globaler Fischereierträge zugrunde, darunter auch einigen, die von der International Union for Conservation of Nature verwendet werden – sie wurde jedoch nie direkt getestet.

„Wir haben festgestellt, dass frühere Studien zu GOL auf Daten basieren, die aus anderen, unabhängigen Forschungsprojekten stammen, die nicht speziell dazu gedacht waren, die Theorie zu testen“, sagt Lisa Komoroske, Assistenzprofessorin für Umweltschutz an der UMass Amherst und leitende Autorin des Papiers. „Wir haben eine Reihe von Langzeitexperimenten entworfen, die zusammengenommen den ersten Versuch darstellen, GOL empirisch zu testen.“

Konkret wollten Lonthair, Komoroske und ihre Kollegen sehen, wie sich die drei Hauptbestandteile von GOL – Wachstum, Energiebedarf und die Oberfläche der Fischkiemen – mit steigenden Wassertemperaturen verändern. Dazu griffen sie auf Bachforellen zurück, die ideale Versuchsobjekte sind: Wissenschaftler wissen bereits viel über die Art, sie sind schnellwüchsig, wirtschaftlich und ökologisch wichtig für den Nordosten der USA und man kann mit ihnen vergleichsweise einfach arbeiten.

Sobald sie ihre Testpersonen hatten – kleine Jungfische, die anfangs jeweils zwischen einem und zwei Gramm wogen –, wurden sie in Tanks gegeben, von denen einige normales Wasser mit 15 °C und andere auf 20 °C erwärmtes Wasser enthielten. Die Fische wurden zu Beginn des Experiments und danach monatlich gewogen und gemessen. Außerdem wurde ihr Sauerstoffverbrauch nach zwei Wochen, drei Monaten und sechs Monaten gemessen, was eine Möglichkeit zur Bestimmung der Stoffwechselrate darstellt. Schließlich sammelten die Forscher Kiemenproben desselben Fisches, um Veränderungen in ihrer Kiemenoberfläche zu messen.

Als sie mit der Analyse ihrer Daten begannen, wurden einige Dinge klar: Die Bachforellen in den wärmeren Becken waren erwartungsgemäß kleiner und entsprachen der Temperaturgrößenregel. Allerdings war die Kiemenoberfläche mehr als ausreichend, um den Energiebedarf der Fische zu decken, was bedeutet, dass ihr Wachstum nicht durch die Oberfläche der Kiemen begrenzt wurde, wie GOL vorhersagt.

Darüber hinaus stellte das Team fest, dass die Stoffwechselrate der Warmbeckenfische zwar nach drei Monaten anstieg, sich ihr Sauerstoffgehalt jedoch nach sechs Monaten wieder normalisierte, was darauf hindeutet, dass die Fische ihre Physiologie im Laufe der Zeit anpassen konnten, um dem erhöhten Wasserbedarf Rechnung zu tragen Temperaturen.

„Der Sauerstoffverbrauch mag immer noch ein wichtiger limitierender Faktor für die Fischgröße sein“, sagt Lonthair, „aber zusammengenommen zeigen unsere Ergebnisse, dass GOL nicht vorhersagen kann, was wir sehen, und dies hat Auswirkungen auf die Vorhersage von Klimaauswirkungen auf zukünftige Fischereien und Ökosysteme.“ .“

„Unsere Arbeit unterstreicht die Bedeutung der Interdisziplinarität“, fügt Komoroske hinzu. „Fischerei- und Makroökologiewissenschaftler neigen dazu, auf Populations- und Artenebene zu arbeiten, während Physiologen eher auf individueller und zellulärer Ebene arbeiten. Aber das sind akademische Unterscheidungen, keine natürlichen, und wenn wir den Fischen helfen wollen, in wärmeren Gewässern zu überleben.“ „Wir müssen über biologische Maßstäbe hinweg arbeiten und die Erkenntnisse aus all diesen Bereichen bündeln.“

Welcher Mechanismus bestimmt also die Größe und Temperatur der Fische?

„Wir wissen es noch nicht“, sagt Lonthair. „Und es handelt sich möglicherweise nicht um einen einzelnen Mechanismus, sondern um eine Vielzahl von Faktoren, einschließlich des Sauerstoffverbrauchs. Wir brauchen mehr interdisziplinäre Langzeitstudien, damit wir verstehen können, wie wir uns am besten an unsere sich erwärmende Welt anpassen können.“