Wissenschaftler finden heraus, warum Seeigel Kaliforniens Kelpwälder niedermähen

Lila Seeigel fressen ihren Weg durch die Kelpwälder Kaliforniens mit einer Geschwindigkeit und einem Ausmaß, das Wissenschaftler, Fischer und Taucher gleichermaßen verblüfft hat. Aber die Kelpwälder sind seit langem die Heimat von roten und violetten Seeigeln, also ist es klar, dass die drei Arten miteinander auskommen können. Forscher der UC Santa Barbara versuchten herauszufinden, welche Faktoren diese Harmonie stören.

„Warum verursachen Seeigel an manchen Orten das Absterben eines Seetangwaldes, und an anderen Orten können Seeigel und Seetang nebeneinander existieren?“ fragte Privatdozent Adrian Stier. „Unsere Analyse zeigt, was unter der Haube vor sich geht. Sie bietet viel mehr Auflösung bei der Erklärung, wann und wo Seeigel Seetang fressen.“

Diese Analyse, geleitet von den Doktoranden Mae Rennick und Bart DiFiore, erscheint in der Zeitschrift Ökologie. Die Autoren kombinierten Laborexperimente mit Felddaten aus 20 Jahren, um herauszufinden, was Seeigel dazu veranlasst, sich aus einem Haus herauszufressen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Versorgung mit Seetangabfällen oder Detritus der entscheidende Faktor sein könnte.

Co-Autor Dan Reed, ein Forschungsbiologe am Marine Science Institute der UCSB, formulierte die Hypothese hinter dieser Studie vor mehreren Jahrzehnten. „In den 1980er Jahren bemerkten wir, dass einer unserer Standorte auf der Insel San Nicolas zwischen Kelpwäldern und Seeigelöden hin und her wechselte, ohne dass sich die Seeigeldichte änderte“, erinnerte er sich. „Dies führte uns zu der Annahme, dass die Verfügbarkeit von Kelp-Detritus das Futtersuchverhalten von Seeigeln von der passiven Nahrungssuche, wenn Detritus reichlich vorhanden war, zu aktivem Grasen auf lebendem Seetang veränderte, wenn Detritus knapp war.“

Rennick und DiFiore machten sich daran, diese Hypothese zu testen. Sie sammelten lila und rote Seeigel vom Feld und brachten sie zurück in ihr Labor. Nachdem die Seeigel an die Tanks gewöhnt waren, hielten die Forscher ihnen etwa eine Woche lang kein Futter vor. Dann füllten sie Seetang in die verschiedenen Tanks und wogen es vor dem Füttern und 48 Stunden nach dem Füttern für lila Seeigel und 96 Stunden für rote Seeigel, um zu bestimmen, wie sich der Seetangverbrauch mit der Seeigeldichte ändert.

Die Wissenschaftler erwarteten, eine von drei Arten von dichtebezogenem Fressverhalten zu beobachten. Der Verbrauch könnte mit der Dichte abnehmen, wenn Seeigel miteinander konkurrieren. Alternativ könnten Seeigel ihre Verzehrraten erhöhen und wie Heuschrecken eine Fressfront bilden. Schließlich könnte die Dichte überhaupt keinen Einfluss auf die Verbrauchsraten haben.

Tatsächlich hat das Experiment gezeigt, dass Seeigel scheinbar unabhängig voneinander fressen. „Unsere Analyse hat gezeigt, dass es lineare Beziehungen zwischen der Biomasse von Seeigeln und der Verbrauchsrate gibt“, sagte DiFiore.

Als nächstes tauchte das Team in Zeitreihendaten von der Santa Barbara Coastal Long Term Ecological Research Site (SBC LTER) ein. Seit 20 Jahren verfolgen Wissenschaftler routinemäßig alle möglichen Merkmale an mehreren Feldstandorten im Santa-Barbara-Kanal. Das Programm, Teil des LTER-Netzwerks der National Science Foundation, soll genau diese Art von Tiefenforschung unterstützen.

Aus ihrem Experiment erfuhren die Forscher, wie viel die Seeigel fressen müssen, und aus den LTER-Daten erfuhren sie, wie viel Detritus die Seeigel bekommen könnten, ermittelten die Seeigeldichte und bestimmten die Menge an lebendem Seetang an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit. Durch die Kombination der Daten und Laborergebnisse konnten sie vorhersagen, wie viel Kelp sowohl lila als auch rote Seeigel an jedem Ort im SBC LTER in einem bestimmten Jahr verbraucht haben könnten.

Sie verglichen, was mit den Bestandsbeständen an Seetang geschah, als die Nachfrage nach Seeigeln größer war als das Angebot an Geröll. Die Ergebnisse waren umwerfend. „Wir fanden diese 50-fache Abnahme des Vorrats an Algenbiomasse, als Seeigel mehr Detritus benötigten, als sie bekamen“, sagte DiFiore. Und das bedeutet nicht unbedingt das Ende der Seeigel. Seeigel sind bemerkenswert robust und opportunistisch. „Sie können von allem überleben“, fügte er hinzu.

Ein gesunder Seetangwald ist unglaublich produktiv, und es gibt viel Biomasseumsatz, wenn die riesigen Algen Wedel und Blätter abwerfen. „Es lässt ständig seine Blätter fallen, wenn diese einzelnen Blätter sterben“, erklärte DiFiore. „Und so steht Ihnen diese riesige Biomasse zur Verfügung, die Seeigel fressen können.“

In einer idealen Welt würde sich ein Seeigel wegknien und mit seinen Röhrenfüßen vorbeitreibende Algenreste auffangen. Dann würde es seine Mahlzeit aus der Sicherheit seines kleinen Lochs fressen. Aber wenn es nicht mehr genug Detritus gibt, um diesen sicheren Lebensstil zu unterstützen, wagt sich der Seeigel eher hinaus und sucht nach lebendem Seetang. Und je weniger Seetang Sie haben, desto weniger Abfall liefert er und desto mehr Seeigel kommen heraus. Dies schafft eine Rückkopplungsschleife, die das Ökosystem über einen Wendepunkt bringen kann, was zu einer plötzlichen Verschiebung in der Zusammensetzung der Gemeinschaft führt. Schließlich haben die Forscher einen der Mechanismen verstanden, die Seeigel dazu bringen, Kelpwälder zu mähen.

Wissenschaftler haben ähnliche Dynamiken in anderen Ökosystemen beobachtet. Zum Beispiel wechseln Littorina-Schnecken in Salzwiesen zwischen dem Sammeln von Detritus aus Sumpfgras und dem Verzehr der lebenden Pflanze, wenn das Angebot an Detritus unter das sinkt, was die Bevölkerung aufnehmen kann. Und wie in den Algenwäldern kann diese Veränderung die Ökosysteme der Sumpfgebiete verheeren.

Es gibt ernsthafte Bedenken wegen der Seetangwälder an der Westküste. Die Region hat nördlich von Point Conception große, unvorhergesehene Rückgänge bei Seetang erlebt. „Die Sache ist, dass Seeigel und Seetang koexistieren können“, sagte Rennick. „Es wird wirklich wichtig sein, herauszufinden, was dieses Gleichgewicht stört, bevor wir dieses ‚Nieder mit den Bengeln‘-Gefühl einfach akzeptieren.“

Die Autoren glauben, dass ihre Ergebnisse Informationen darüber liefern können, wie man an die Bewirtschaftung von Seetangwäldern herangeht, und aufzeigen, wo Bemühungen wahrscheinlich effektiv sind. „Die Studie deutet darauf hin, dass die Orte, die am wahrscheinlichsten von einer Restaurierung profitieren, diejenigen sind, die einen robusten Vorrat an zertrümmertem Seetang haben, der von anderswo kommt“, sagte Stier.

„Der beste Ort, um Seetang wiederherzustellen, ist nicht mitten in einer Seeigel-Ödnis, wo kein Seetang in der Nähe ist“, fuhr er fort. „Es ist tatsächlich an Orten, die näher an anderen Kelpwäldern liegen. Vielleicht sollten wir also versuchen, die Vorderkante eines bestimmten Kelpwaldes in der Nähe zu verlängern.“

Rennick erforscht derzeit „Urchinomics“. Im Moment gibt es keinen Markt für Purpurseeigel, die die gefräßigeren Sammler zwischen den beiden Arten in Südkalifornien sind. Unternehmer haben jedoch vorgeschlagen, sie in freier Wildbahn zu ernten und sie dann in Gefangenschaft auf Marktgröße zu züchten.

Rennick arbeitet daran, zu quantifizieren, wie sehr dies dem Seetangwald-Ökosystem helfen könnte. „‚Wann und wo kann das Entfernen von Seeigeln für die Wiederherstellung des Kelpwaldes von Vorteil sein?‘ ist eine offene Frage“, sagte Stier.

In der Zwischenzeit versucht DiFiore zu verstehen, ob die nichtmenschlichen Raubtiere des Seeigels die Populationen einschränken können, damit sie das Angebot an Detritus nicht überschreiten. Sheephead-Fische und Hummer sind ihre Hauptfeinde in SoCal. Hummer selbst untermauern natürlich eine wichtige kommerzielle Fischerei.

„Diese wirklich großen Hummer spielen eine unverhältnismäßig große Rolle beim Verzehr von Seeigeln“, erklärte Stier, „und genau diese Individuen werden von der Fischerei angegriffen.“ DiFiore untersucht, ob Meeresschutzgebiete als Reservoir für Raubtiere wie diese großen Hummer dienen und so zur Stabilisierung der Seetangwälder beitragen können.

Obwohl keiner der Autoren glaubt, dass Seetangwälder ganz verschwinden werden, steht das Ökosystem vor einer ungewissen Zukunft. „Die Millionen-Dollar-Frage ist, ob wir etwas dagegen tun können“, sagte Stier.