Die große Rolle des kleinen Krills

Die arten- und mengenmäßige Zusammensetzung von Meeresplankton ist regional unterschiedlich. Überall aber bilden Kieselalgen innerhalb des Phytoplanktons die mit Abstand größte Gruppe. Man unterscheidet aktuell rund 12.000 Arten der einzelligen, Photosynthese treibenden Organismen, nimmt jedoch an, dass insgesamt bis zu 100.000 Arten existieren. Kieselalgen, die das Phytoplankton auch massemäßig dominieren, sind die bevorzugte Nahrung der Krillgarnelen, die wiederum zusammen mit Ruderfußkrebsen den Löwenanteil des Zooplanktons stellen. Auch Krill kommt in allen Weltmeeren vor. 86 Arten umfasst die Familie, darunter der Nordische Krill, dem in der Arktis eine ähnlich zentrale Rolle zukommt wie dem Antarktischen Krill im Südpolarmeer. In der Antarktis finde sich jedoch die bei Weitem größere Biomasse an Krill, berichtet Bettina Meyer, Krill-Forscherin am Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung (AWI) in Bremerhaven.

Obwohl die Minigarnelen seit fast 100 Jahren erforscht werden, sind die Wissenslücken noch groß. Schiffsexpeditionen in die Antarktis sind logistisch und finanziell aufwendig und wegen der unwirtlichen Bedingungen in Herbst und Winter meist auf die Sommermonate beschränkt. „Zudem war die Forschung früher rein ressourcenorientiert“, erläutert Meyer. „Man wollte vor allem wissen, wie viel Krill da ist und wie er sich verteilt.“ Fragen, die für die Fischerei im Allgemeinen und den Walfang im Speziellen wichtig waren. Erst seit etwa 20 Jahren stehen Biologie, Physiologie und Lebenszyklus der Minigarnelen im Mittelpunkt des Interesses.

100 Jahre Forschung über den Krill

Um mehr über die Tiere zu erfahren, werden sie in Australien im Rahmen des Australian Antarctic Program seit einigen Jahren in Großaquarien gehalten. So hat man herausgefunden, dass die Weibchen bis zu 10.000 Eier abgeben, und das mehrmals pro Saison. Die Eier, die von einem Spermienpaket befruchtet werden, welches das Männchen an der Genitalöffnung des Weibchens fixiert, sinken auf den Meeresboden in 2.000 bis 3.000 Meter Tiefe. Dort schlüpfen die Larven, die – ernährt vom mütterlichen Dotter – sofort beginnen, zur Wasseroberfläche aufzusteigen. Während des dreiwöchigen Aufstiegs durchlaufen die Tiere mehrere Larvenstadien, bevor sie an der Wasseroberfläche mit 15 Millimeter Körperlänge ihre endgültige Gestalt annehmen. Das weitere Wachstum bis zur endgültigen Größe wird begleitet von regelmäßigen Häutungen, wobei sich jedes Mal der gesamte Chitinpanzer erneuert. Das funktioniert auch umgekehrt: Bei Nahrungsmangel schrumpfen Krillgarnelen und häuten sich ebenfalls. Ein neuer, engerer Panzer wächst.

Die nahrhafte Zeit beginnt für den Krill der Antarktis im Frühjahr, wenn die Eisschmelze einsetzt und die Sonne das Wasser in Licht taucht. Sobald nämlich Licht und Nährstoffe in ausreichendem Maße verfügbar sind, kommt es zur explosionsartigen Vermehrung der Kieselalgen, auch Algenblüte genannt. Nahe der Wasseroberfläche und unter den schmelzenden Eisschollen wachsen grüne Algenteppiche, von denen sich die Krillschwärme ernähren. Mithilfe ihrer speziell ausgebildeten Vorderbeine formen die Tiere einen Fangkorb, der die Algen äußerst effizient aus dem Wasser filtert. An den Enden der Vorderbeine sitzen zudem Borsten, mit denen sie den dichten Algenrasen unter dem Packeis wie mit einem Rechen abschaben. Auf diese Weise weidet ein Krillkrebs in nur zehn Minuten eine Fläche von etwa einem Quadratmeter ab. Die Schalen der Kieselalgen werden im Kaumagen zerkleinert, die Algen anschließend verdaut. Die Tiere fressen nur in der Dunkelheit. Bei Tageslicht halten sie sich in tieferen, dunklen Wasserschichten versteckt. „Für den Krill ist die Algenblüte im Frühjahr überlebenswichtig“, erläutert AWI-Forscherin Bettina Meyer: „Die Tiere benötigen die Fettsäuren der Algen zur Fortpflanzung.“

Indem Krillgarnelen, die unter Stress rötlich schimmern, Kieselalgen fressen, machen sie die Nährstoffe, die diese bei der Photosynthese produzieren, für andere, größere Arten, die Jagd auf den Krill machen, erst verfügbar. Damit sind die Minigarnelen unverzichtbares Bindeglied im antarktischen Nahrungsnetz. Krill ernährt unter anderem Albatrosse, Krabbenfresser-Robben, Adelie- und Königspinguine, Blau-, Finn- und Buckelwale sowie alle Fischarten der Antarktis. Auch im Kohlenstoffkreislauf spielen die Minigarnelen eine wichtige Rolle. Denn mit den Kieselalgen nehmen sie auch das CO2 auf, das diese zuvor bei der Photosynthese aus der Atmosphäre eingelagert haben. Mit den bei der Verdauung ausgeschiedenen Stoffwechselprodukten sinkt auch darin fixiertes CO2 von den oberen in tiefere Gewässerschichten, wo es die Dichteschichtung der Ozeane für lange Zeit festhält. „CO2 wird sozusagen verklappt“, bringt es Bettina Meyer auf den Punkt. Auf diese Weise werden viele Millionen Tonnen des Klimagases in den Weltmeeren gespeichert.

Durch Erwärmung „verzwergt“ das Phytoplankton

Doch die Ozeane verändern sich: Mit voranschreitendem Klimawandel, der das Wasser immer weiter erwärmt, treten Wanderungsbewegungen in Richtung der Pole auf. Die marinen Organismen schwimmen ihrer Wohlfühltemperatur hinterher und geraten auf ihrem Weg polwärts in die Reviere anderer, dort heimischer Organismen. Die ökologischen Nischen in den Ozeanen sind umkämpft. Organismen, die ihre Nische infolge von Hitzestress nicht mehr adäquat ausfüllen können, werden von Zuwanderern verdrängt, die mit wärmerem Wasser besser zurechtkommen. So wie in der Nordsee, die sich von 1962 bis heute um insgesamt 1,7 Grad erwärmt hat. Dort musste der Ruderfußkrebs Calanus finmarchicus seinen angestammten Platz im Zooplankton dem südlichen Verwandten Calanus helgolandicus überlassen.

Auch die Artenzusammensetzung des Phytoplanktons verändert sich, und damit die Nahrungsgrundlage des Zooplanktons. Kieselalgen werden von kleineren Algen verdrängt. Weltweit sind Wissenschaftler beunruhigt, denn Phytoplankton bildet nicht nur die Basis der marinen Nahrungskette, sondern ist zudem elementarer Baustein des Systems Erde. Die einzelligen Algen produzieren gut die Hälfte des globalen Luftsauerstoffs, der das Leben auf unserem Planeten erst ermöglicht.

„Höhere Temperaturen begünstigen Algenarten, die kleinere Zellen ausbilden“, berichtet Helmut Hillebrand, Direktor des Helmholz-Instituts für Funktionelle Marine Biodiversität an der Universität Oldenburg. Ein Effekt, der durch sinkende Nährstoffdichten im sich erwärmenden Wasser noch verstärkt werde. Kleinere Organismen, die im Vergleich zu ihrer Oberfläche weniger Volumen haben, kommen mit geringeren Nährstoffdichten besser klar als größere. Solche wärme- und nährstoffbedingten Verzwergungen des Phytoplanktons ließen sich in allen Weltmeeren feststellen, sagt Hillebrand.

Und nicht nur das: Auch das Zellvolumen innerhalb der Algenarten schrumpft – sie bilden von Generation zu Generation immer kleinere Zellen aus. Auf diese Weise hat sich in den vergangenen 14 Jahren die durchschnittliche Zellgröße des Phytoplanktons in der Nordsee um fast ein Drittel verringert – so das Ergebnis einer Langzeitstudie, die Hillebrands Team im niedersächsischen Wattenmeer durchgeführt hat. „Besonders betroffen sind Kieselalgen“, berichtet Hillebrand: „25 der 27 am stärksten geschrumpften Algenarten gehören dieser Gruppe an.“ Auch dafür scheint die Erwärmung der Ozeane verantwortlich zu sein: „Während der 14 Jahre unserer Studie sind die Mitteltemperaturen im Wattenmeer um 2,1 Grad gestiegen“, sagt der Planktologe. Dass sich einzellige Arten mit steigenden Temperaturen verkleinern, sei auch schon in anderen Meeresregionen beobachtet worden.

Die Tendenz zum kleinzelligen Phytoplankton trifft zunächst das Zooplankton: „Höhere Organismen wie der Krill, die sich vor allem von großem Phytoplankton ernähren, müssen mehr fressen – oder ihre Bestände schrumpfen“, erläutert Hillebrand. Oder sie wandern ihrer verdrängten Nahrungsgrundlage hinterher, indem sie sich ebenfalls auf den Weg Richtung Pol machen.

Flucht in die Kälte

Wie Langzeitdaten zeigen, ist der Antarktische Krill um Südgeorgien – einer Inselgruppe im Südatlantik – inzwischen seltener anzutreffen als früher; weiter südlich dagegen häufiger: „Die Bestände verschieben sich von Südgeorgien zur Antarktischen Halbinsel“, berichtet AWI-Forscherin Bettina Meyer. Arten, die sich von Krill ernähren, ihm aber nicht ohne Weiteres nach Süden folgen können, müssen mit veränderten Lebensgrundlagen klarkommen – etwa Antarktische Seebären, eine Pelzrobbenart, die fast ausschließlich Krill frisst. Die Geburtenrate der Robben-Kolonien in Südgeorgien sei zurückgegangen, erläutert Meyer: „Die Tiere passen ihre Populationsstärken den sinkenden Krillbeständen an.“ Die ebenfalls auf Krill spezialisierten Adeliepinguine gehen das Problem anders an. Sie wandern den Kleinkrebsen hinterher, indem sie Kolonien im Norden aufgeben und weiter südlich neue gründen.

Doch die Flucht in die Kälte hat spätestens an den Ufern des antarktischen Kontinents ein Ende. Wohin sollen kältebedürftige Organismen noch flüchten, wenn sie bereits in den kältesten Regionen der Erde leben? Zudem schwinden mit der von der Wassererwärmung ausgelösten Eisschmelze auch die Kinderstuben des Krills dahin. In den nahrungsarmen Wintermonaten, die die erwachsenen Tiere in tieferen Regionen verbringen, sammeln sich die Larven auf der zerklüfteten Unterseite des jedes Jahr neu wachsenden Packeises. Dort kleben sie als dichter Teppich mit Dichten von 10.000 Individuen oder mehr pro Quadratmeter in Höhlungen und auf Terrassen, die zwischen sich überlagernden Eisschollen entstehen. Langzeitdaten zeigen aber, dass das Meereis der Antarktis pro Jahrzehnt um 2,6 Prozent schwindet.

Stress durch Versauerung

Zusätzlich gestresst werden die Krillgarnelen durch die zunehmende Versauerung der Weltmeere. Denn die Ozeane sind ein riesiger CO2-Speicher, der bislang etwa ein Drittel der menschengemachten Klimagas-Emissionen eingelagert und damit die Auswirkungen des Klimawandels abgemildert hat. Die Kehrseite der Medaille: Je mehr CO2 in den Ozeanen gelöst bleibt, desto stärker sinkt der pH-Wert – das Wasser wird saurer. Wie Experimente in den Großaquarien des Australian Antarctic Program zeigen, kann zu saures Wasser jedoch Wachstum und Fortpflanzung des Krills behindern und zum Rückgang der Art führen. Allerdings liegen die Säurewerte des Südozeans noch weit unter der im Experiment festgestellten kritischen Grenze.

Krillfang als zusätzliche Gefährdung

Auch die Fangmengen der kommerziellen Fangflotten sind weit davon entfernt, die Krillbestände zu gefährden. In den vergangenen Jahren wurden im Südpolarmeer jährlich um die 300.000 Tonnen Krill gefischt – weniger als ein Tausendstel des geschätzten Gesamtbestandes.

Doch die Nachfrage steigt. Diese gilt allerdings nicht dem Krill als kulinarische Delikatesse auf dem Teller, sondern dem Krill in Kapselform als Nahrungsergänzung. Das aus den Minigarnelen erzeugte Öl enthält als gesund geltende Omega-3-Fettsäuren in hoher Konzentration und wird als Allheilmittel gegen allerlei körperliche Übel angepriesen. Der Löwenanteil des gefischten Krills geht allerdings nach wie vor als proteinreiches Futter in die Zucht von Lachs, Meerbrasse und Wolfsbarsch.

Aktuell gilt, dass die Krillbestände nicht akut bedroht sind. Doch die vergangenen Jahrzehnte zeigen einen schleichenden Abwärtstrend. Noch fehlt es jedoch an einem Gesamtbild des Krills, zu lückenhaft ist derzeit das Wissen über die komplexen Wechselwirkungen in den marinen Ökosystemen. Sicher ist eigentlich nur, dass Krill das gesamte Ökosystem des antarktischen Ozeans am Laufen hält. //