Stichlinge: Erstaunlicher kleiner Fisch

Shama und ihre AWI-Kolleginnen wollten herausfinden, welche Auswirkungen die zu hohen Temperaturen auf nachfolgende Stichlingsgenerationen haben. Zu diesem Zweck fingen sie im Wattenmeer vor Sylt wild lebende Exemplare ein und setzten einen Teil von ihnen simulierten Hitzewellen im Aquarium aus. Danach konnten alle Fische bei Normaltemperaturen geschlechtsreif werden. Das Team entnahm die Eier der Weibchen, befruchtete diese künstlich mit dem Sperma männlicher Versuchstiere und dokumentierte die anschließende Entwicklung. Die Ergebnisse zeigen eine zweiseitige Wirkung.

Zum einen produzierten weibliche Fische, die eine einzelne, starke Hitzephase durchlebt hatten, im Vergleich zu ihren Artgenossinnen aus der Kontrollgruppe weniger Laich. Zum anderen litt der daraus schlüpfende Nachwuchs unter Verhaltensabweichungen und einer verkürzten Lebensdauer. Was die Stichlingseltern durchmachen, beeinflusst also die nächste Generation – ein Effekt, den man auch schon bei anderen Tierarten nachgewiesen hat, Homo sapiens inklusive.

Gasterosteus aculeatus scheint dem Hitzestress allerdings nicht wehrlos ausgeliefert zu sein; die Spezies stellt auch hier ihre Anpassungsfähigkeit unter Beweis. Da die AWI-Biologinnen dies bereits ahnten, planten sie ihre Experimente dementsprechend. Ein Teil der Versuchstiere wurde mehrere Wochen vor der simulierten starken Hitzewelle zunächst einer milderen Wärmephase ausgesetzt. Sie bekamen damit eine Art Vorgeschmack auf die kommende Belastung. Und siehe da: Die Beeinträchtigungen, die bei den Nachkommen der einmalig starker Hitze ausgesetzten Fische beobachtet wurden, waren in dieser Gruppe deutlich abgemildert. Gleichzeitig wuchsen sie besser.

Lisa Shama sieht hier das physiologische Gedächtnis am Werk, eine Form von thermischer Prägung, sagt sie. Epigenetische Mechanismen hätten die Fische auf veränderte Lebensbedingungen vorbereitet. „Dieser Nachwuchs weist tatsächlich Veränderungen in der Genexpression auf“, erklärt die Forscherin. Bestimmte DNA-Sequenzen werden gehemmt, andere dafür aktiviert. So könnten Fische im Allgemeinen den Klimawandel vielleicht auch besser bewältigen, und das gibt zumindest ein bisschen Hoffnung.

Wenn Fische Rot sehen

Dem niederländischen Zoologen Niko Tinbergen verhalfen die Stichlinge sogar zur höchsten Gelehrtenehre. Der Wissenschaftler studierte das Fortpflanzungsverhalten der Winzlinge und machte dabei faszinierende Beobachtungen. Männliche Gasterosteus aculeatus sind während der Laichzeit stark territorial. Sie bauen ihr mehr oder weniger kugelförmiges Nest mit einem tunnelartigen Durchgang. Darin sollen paarungsbereite Weibchen ihre Eier ablegen. Um seine eigene Disposition anzuzeigen, legt der Fischmann ein auffälliges Prachtkleid an. Haut und Rüstung glänzen jetzt besonders intensiv; die Augen leuchten blau und die Körperunterseite färbt sich knallrot. Das beeindruckt die Damen. Wenn sich eine nähert, versucht der Herr des Nests, sie mit eindeutigen Tanzbewegungen weiter in Stimmung zu bringen. Gelingt das, begibt sich das Weibchen nach einer letzten Inspektion ihrerseits in die Nesthöhle und legt darin Dutzende Eier ab.

Nach dem Akt wird sie von ihrem Partner jedoch schleunigst wieder vertrieben. Oft versucht er sein Glück dann noch mit weiteren Fischdamen. Nein, Stichlinge sind keine Romantiker.

Niko Tinbergen protokollierte die Interaktionen bis ins Detail und stellte fest, dass die Färbung der Männchen offenbar ein Schlüsselreiz ist. Weiblichen Stichlingen dient sie nicht nur als Signal der Paarungsbereitschaft; das Prachtkleid ist auch ein Hinweis auf die „Fitness“ des potenziellen Vaters ihrer Nachkommen. Je kräftiger das Farbspiel, desto besser. Unter männlichen Artgenossen wirkt die Zurschaustellung allerdings wie das sprichwörtliche rote Tuch. Da wird sofort angegriffen.

Um die Bedeutung der Farbe als Schlüsselreiz nachzuweisen, setzte Tinbergen territorialen Stichlingsmännchen im Aquarium klobige Modelle aus Wachs vor, die eigentlich keine Ähnlichkeit mit echten Fischen hatten. Waren diese Imitate mit einer roten Unterseite ausgestattet, wurden sie dennoch attackiert. Eine lebensnahe, ungefärbte Nachbildung löste dagegen keine Aggressionen aus. Die Idee zu diesen Versuchen kam dem Forscher bei einer Zufallsbeobachtung. Er sah, wie die Männchen in Aquarien am Fenster aufgeregt gegen das Glas schwammen, wenn ein Postwagen vorbeifuhr. Diese waren damals in den Niederlanden rot lackiert. 1973 wurde Niko Tinbergen zusammen mit Konrad Lorenz und Karl von Frisch mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Die drei Wissenschaftler gelten demnach als Begründer der modernen Verhaltensbiologie.

Den Stichlingen indes eröffneten sich derweil ganz andere Perspektiven. Sie begannen, neue Lebensräume zu besiedeln. Besonders beeindruckend war dabei ihre Ausbreitung in den Großen Seen Nordamerikas.

Bis etwa 1980 kam Gasterosteus aculeatus nur stromabwärts der Niagarafälle vor; die Kleinfische konnten diese mächtige Barriere nicht überwinden. Doch inzwischen tritt die Art auch in Lake Huron, -Erie, -Michigan und -Superior auf. Darüber, wie die Stichlinge dorthin gelangten, wird unter Fachleuten noch immer debattiert. Möglicherweise reisten sie als blinde Passagiere im Ballastwasser von Schiffen westwärts oder mit Anglern, die übrig gebliebene Köderfische in den Seen aussetzten.

Eine Einwanderung aus eigener Kraft über den Wellandkanal, welcher die Niagarafälle umgeht, wäre ebenfalls denkbar. Die berüchtigten Meerneunaugen (Petromyzon marinus) hatten diese Route bereits Anfang des 20. Jahrhunderts genommen. Es stellt sich die Frage, warum die Stichlinge es ihnen nicht gleichtaten und die Großen Seen schon viel früher besiedelten.

Neuer Lebensraum Bodensee

Ähnlich rätselhaft verlief die Entwicklung während der letzten Jahrzehnte im Bodensee. Das „Schwäbische Meer“ gehörte ursprünglich nicht zum Verbreitungsgebiet des Gasterosteus aculeatus. Die Art wurde vermutlich vor etwa 150 Jahren von Aquarianern in die Region gebracht, der früheste Nachweis kam damals aus einem Nebenarm des Vorarlberger Alpenrheins. Im Bodensee selbst fand man sie 1951 zum ersten Mal. Die Neuankömmlinge verhielten sich zunächst eher unauffällig und blieben in den flachen Uferzonen, wo sie anscheinend gute Lebensbedingungen vorfanden. Der große Umschwung kam dann 2012. Plötzlich wurden die Tiere in Stellnetzen weit draußen im offenen See gefangen. Nur zwei Jahre später ergab eine wissenschaftliche Erhebung, dass über ein Viertel der Fischbiomasse im Freiwasser offenbar schon aus Stichlingen bestand, wie der Biologe Alexander Brinker berichtet. Laut Hochrechnungen umfasste die Sommerpopulation nunmehr an die 100 Millionen Exemplare. Eine echte Masseninvasion.

Brinker leitet die Fischereiforschungsstelle in Langenargen am Bodensee. Er und sein Team verfolgen die Entwicklung sehr genau. Die Ursachen der schlagartigen Ausbreitung bereiteten den Wissenschaftlern jahrelanges Kopfzerbrechen, und noch immer ist vieles ungeklärt. Zunächst habe man Parasiten als die möglichen Auslöser gesehen, sagt Brinker. Dreistachelige Stichlinge werden oft von Bandwürmern der Art Schistocephalus solidus heimgesucht, die fast die Länge des Opfers erreichen können. Starker Befall endet für die Kleinfische meist tödlich. Die Gefahr einer Infektion, so lautete die Vermutung der Forscher, sei im Uferbereich womöglich höher als im offenen See. Vielleicht versuchten die Stichlinge, dem auszuweichen. Eine eingehende Untersuchung konnte diese These allerdings nicht bestätigen. Es müssen noch andere Faktoren im Spiel sein.

Stichling ist nicht gleich Stichling

Fündig wurden die Experten schließlich im Bereich der Genetik. DNA-Analysen zufolge stammen die Vorfahren der Bodensee-Stichlinge fast ausschließlich aus dem Ostseegebiet. Von dort verschleppten die Menschen sie nach Süden. In Süßwasser-Ökosystemen können solche Meeresbewohner jedoch ein Ernährungsproblem bekommen, erklärt Alexander Brinker. Der Hintergrund: Die Fische benötigen Docosahexaensäure, kurz DHA, eine essenzielle, mehrfach ungesättigte Fettsäure. Gasterosteus aculeatus hat im Laufe der Evolution viele verschiedene Ökotypen und Stämme hervorgebracht. Solche, die an ein Leben in Flüssen und anderen Binnengewässern angepasst sind, können über ihren Stoffwechsel selbst DHA aus Alpha-Linolensäure synthetisieren. Das gilt aber nicht für die meeresbewohnenden Stichlinge, wie Brinker erläutert. Letztere fressen viel marines Zooplankton und werden so ausreichend mit der essenziellen Fettsäure versorgt. Die ostsee-stämmigen Tiere im Bodensee dagegen ernähren sich überwiegend von Insektenlarven und Flohkrebsen. Diese Kost enthält kaum DHA, doch die Fische können den Mangel nicht selbst ausgleichen. Was blieb ihnen also übrig?

Die Suche nach besserem Futter hat die Bodensee-Stichlinge wohl ins Freiwasser geführt, meint Alexander Brinker. Im Offenen leben nämlich jede Menge Copepoden, winzige Ruderfußkrebse, die reich an DHA sind. Gesunde Nahrung satt. Der beobachteten Massenvermehrung dürfte das sehr zuträglich gewesen sein. Inzwischen haben sich im Bodensee sogar zwei verschiedene Stichlingspopulationen gebildet: eine pelagische, die den größten Teil des Jahres draußen im offenen Wasser verbringt, und die sogenannte litorale Population, deren Angehörige stets in Ufernähe bleiben. Brinker vermutet, dass Letztere wegen des DHA-Defizits anfälliger für bestimmte Krankheiten sein könnten. Genau untersucht sei dies allerdings noch nicht. Trotzdem werden die litoralen Stichlinge etwas länger und breiter als ihre Artgenossen im Pelagial. „Der Fitness-Gewinn wirkt sich nicht auf die Größe aus“, betont der Biologe. Man könne die Fische hier durchaus mit Menschen vergleichen. Wer sich kräftig von Fastfood ernährt, erreicht irgendwann auch ein stattliches Körperausmaß. Aber die Gesundheit leidet.

Die Entstehung der beiden räumlich weitgehend voneinander getrennten Populationen nehmen Brinker und seine Kollegen ebenfalls unter die Lupe. Bisher waren solche Formen-Paare nur aus Seen in Westkanada bekannt. Auch dort teilen sich pelagische und litorale Gasterosteus aculeatus die gleichen Gewässer, besetzen jedoch unterschiedliche ökologische Nischen. Zum Laichen müssen die Freiwasserbewohner dennoch in die Uferzonen zurückkehren. Ihre Männchen brauchen schließlich Nistplätze und -material, also ziehen auch im Bodensee jeden Frühling Millionen pelagische Stichlinge ins Litoral, wo sie auf ihre standorttreuen Verwandten treffen. Eine Vermischung scheint dennoch kaum stattzufinden.

Das Team um Alexander Brinker brachte laichbereite Weibchen beider Formen in einem Aquarium mit zwei männlichen Exemplaren zusammen – eines aus der litoralen und eines aus der pelagischen Population. Die Fischmänner waren in Paarungsstimmung und hatten in verschiedenen optisch voneinander abgeschirmten Bereichen bereits ihre Nester gebaut. Das Ergebnis der Versuchsreihe ergab ein klares Bild: Die Stichlingsdamen zeigten gegenüber Männchen der jeweils anderen Form ein deutlich gesteigertes Maß an Aggression. Das kann auf eine wachsende Reproduktionsbarriere hindeuten, erklärt Brinker.

Interessanterweise sind männliche Fische aus ufernahen Bereichen im Vergleich zu ihren Artgenossen aus dem offenen Wasser nicht nur größer, sondern auch intensiver gefärbt. Und eigentlich stehen die Weibchen auf solche Merkmale. Doch das hebelt die Präferenz für Vertreter der eigenen Population anscheinend nicht aus. Aus evolutionsbiologischer Sicht kann eine solche Trennung durchaus sinnvoll sein. Die Anpassung an den neuen Lebensraum geht häufig mit genetischer Differenzierung einher. Bestimmte vererbbare Eigenschaften fördern die Adaption, andere sind eher hinderlich. Günstige Gene verbreiten sich schneller, wenn die Angehörigen eines Ökotyps fortpflanzungstechnisch unter sich bleiben. Wie die gegenseitige Erkennung bei den Bodensee-Stichlingen funktioniert, konnten die Forscher leider noch nicht klären. „Am naheliegendsten ist der Geruch“, sagt Alexander Brinker.

Ob die Entwicklung eines genetisch distinkten, pelagischen Stamms weiter voranschreitet, steht momentan allerdings in den Sternen. Auch, wie sich es sich mit den Beständen verhält. Im Sommer 2024 schauten die Wissenschaftler bei Probebefischungen jedenfalls verblüfft in ihre Netze: Sie fingen kaum Stichlinge. Die Population schien komplett zusammengebrochen zu sein, Ursache unbekannt. Brinker zufolge könnten die Tiere massenhaft einer Krankheit zum Opfer gefallen sein; so etwas kommt auch bei anderen Tierarten mit hohen Bestandsdichten vor. Viele Millionen tote Kleinfische hätten aber irgendwie auffallen müssen. Das Rätsel ist bis dato ungelöst. Auch 2025 fehlen die Kleinfische – zum Vorteil anderer Arten. Es bleibt spannend.