Anfälligkeit mariner Arten gegenüber Ozeanversauerung (OA) und Ozeanerwärmung (OW): Ein umfassender Überblick

Einführung
Ozeanversauerung (OA) und Ozeanerwärmung (OW) sind zwei miteinander verbundene Stressfaktoren, die marine Ökosysteme grundlegend verändern. OA verringert die Verfügbarkeit von Carbonationen, die für kalkbildende Organismen zum Aufbau von Schalen und Skeletten notwendig sind, während OW Stoffwechselraten, Verbreitung, Phänologie und die Struktur mariner Lebensgemeinschaften beeinflusst. Gemeinsam können sich diese Stressfaktoren gegenseitig verstärken und so die Biodiversität, Ökosystemleistungen und die von gesunden Ozeanen abhängigen Lebensgrundlagen bedrohen. Dieser Artikel untersucht eine breite Palette mariner Taxa, um die am stärksten von OA und OW betroffenen Arten und Gruppen, die zugrunde liegenden Mechanismen und die Unsicherheiten, die unser Verständnis prägen, zu identifizieren. Durch die Synthese aktueller wissenschaftlicher Erkenntnisse werden sowohl etablierte Muster als auch Bereiche aufgezeigt, in denen weiterer Forschungsbedarf besteht, um Naturschutzmaßnahmen und politische Entscheidungen zu fundieren.

Inhaltsverzeichnis

• Anfälligkeit von Kalkulatoren
• Anfälligkeit fischereiabhängiger Arten
• Verwundbarkeit von Korallenriffgemeinschaften
• Planktonische Organismen und Primärproduktion
• Mobile pelagische Arten und Migration
• Benthos- und Sedimentbewohnerfauna
• Ökosystemingenieure und Lebensraumgestalter
• Weichtiere unter doppeltem Stress
• Stachelhäuter in angesäuerten Gewässern
• Krebstiere und Schalenkonsumenten
• Verhaltensbezogene und physiologische Empfindlichkeiten
• Regionale Hotspots und Klimagradienten
• Sozioökonomische Auswirkungen und adaptive Reaktionen
• Wissenslücken und Forschungsbedarf

Anfälligkeit von Kalkulatoren
Kalkbildende Organismen wie Korallen, Weichtiere (Austern, Muscheln, Miesmuscheln) und einige Stachelhäuter gehören aufgrund der direkten chemischen Beeinträchtigung der Kalziumkarbonatbildung zu den am stärksten von der Ozeanversauerung (OA) betroffenen Organismen. Der Sättigungsgrad von Aragonit und Kalzit sinkt mit zunehmender CO₂-Konzentration im Meerwasser, wodurch die Schalen- und Skelettbildung energetisch aufwendiger oder unter bestimmten Bedingungen sogar unmöglich wird. Die OA kann zudem bestehende Schalen durch verstärkte Auflösung erodieren, das Wachstum verlangsamen und die Skelettfestigkeit beeinträchtigen. In vielen Regionen reagieren Jungtiere besonders empfindlich, was potenziell die Rekrutierungsmuster und die langfristige Überlebensfähigkeit von Populationen verändert. Zusätzlich zu den direkten Auswirkungen auf die Kalzifizierung kann die OA in Wechselwirkung mit thermischem Stress die Sterblichkeit, die Krankheitsanfälligkeit und das Fortpflanzungsversagen verstärken. Die Erwärmung der Ozeane verschärft diese Risiken, indem sie die Larvenverbreitung, die Ansiedlungsreize und die Eignung von Lebensräumen verändert und so potenziell die Diskrepanz zwischen Lebensstadien und verfügbaren Lebensräumen beschleunigt.

Anfälligkeit fischereiabhängiger Arten
Eine Vielzahl von Arten, die von der Fischerei befischt werden – darunter Weichtiere, Fische mit verkalkten Strukturen und Krebstiere – sind durch Ozeanversauerung (OA) und Ozeanüberflutung (OW) einem erhöhten Risiko ausgesetzt. Bei Muscheln und Schnecken kann die verminderte Schalenstabilität das Überleben bei Fressfeinden und Umweltschwankungen beeinträchtigen und somit die Fangerträge mindern. Pelagische und demersale Fische können veränderte Wachstumsraten und Stoffwechsel aufweisen sowie Laichzeiten, die nicht mehr mit dem Nahrungsangebot übereinstimmen. Bei einigen Arten führt die Erwärmung der Gewässer zu einer Verlagerung ihres Verbreitungsgebiets in kühlere Gewässer, was wirtschaftliche und kulturelle Auswirkungen auf Küstengemeinden hat, die auf traditionelle Fischgründe angewiesen sind. Besonders besorgniserregend ist das Potenzial von OA und OW, mit Überfischung, Lebensraumzerstörung und Verschmutzung zu interagieren, wodurch die Widerstandsfähigkeit der Arten weiter eingeschränkt und das Risiko von Bestandsrückgängen erhöht wird.

Verwundbarkeit von Korallenriffgemeinschaften
Korallenriff-Ökosysteme sind aufgrund ihrer Abhängigkeit von Kalziumkarbonatskeletten und ihrer Empfindlichkeit gegenüber Temperaturabweichungen besonders anfällig für Ozeanversauerung und Ozeanerwärmung. Die Erwärmung der Ozeane führt zu Korallenbleiche, indem sie Stress auslöst, der die Abstoßung symbiotischer Algen (Zooxanthellen) verursacht, den Energiehaushalt reduziert und die Sterblichkeit während Hitzewellen erhöht. Ozeanversauerung schwächt Korallenskelette und -wachstum und verringert so die strukturelle Komplexität, die vielfältige Fisch- und Wirbellosengemeinschaften beherbergt. Die kombinierten Stressfaktoren bedrohen die Riffbildung, die Erholung nach Störungen und die Bereitstellung wichtiger Ökosystemleistungen wie Küstenschutz, Fischerei und Tourismus. Die Kaskadeneffekte breiten sich über trophische Wechselwirkungen aus und verändern die Räuber-Beute-Dynamik, die Konkurrenz und die Verfügbarkeit von Lebensraum für abhängige Arten.

Planktonische Organismen und Primärproduktion
Phytoplankton und Zooplankton bilden die Grundlage mariner Nahrungsnetze und biogeochemischer Kreisläufe. Ozeanversauerung (OA) kann die Photosynthese und Kalzifizierung einiger Phytoplanktonarten verändern und dadurch potenziell die Artenzusammensetzung und Produktivität beeinflussen. Kalzifizierendes Plankton wie Coccolithophoriden, Ciliaten mit kalkhaltigen Strukturen und bestimmte Foraminiferen kann eine reduzierte Kalzifizierung und Veränderungen in der Gemeinschaftsstruktur erfahren. Diese Veränderungen können sich kaskadenartig auf höhere trophische Ebenen auswirken und Herbivoren sowie Prädatoren beeinträchtigen, die auf planktonbasierte Nahrungswege angewiesen sind. Umgekehrt kann nicht-kalzifizierendes Phytoplankton unter OA und OW gedeihen und potenziell den Kohlenstoffkreislauf und die Produktivität des Ökosystems verändern. Die Auswirkungen sind kontextabhängig und variieren mit Nährstoffangebot, Licht und Temperatur, was Vorhersagen erschwert.

Mobile pelagische Arten und Migration
Arten mit hoher Mobilität, darunter Thunfische, Schwertfische und pelagische Haie, reagieren möglicherweise auf die Ozeanversauerung, indem sie ihre Verbreitung verlagern, um bevorzugte thermische Nischen aufzusuchen. Obwohl Mobilität einen gewissen Schutz vor lokalen Auswirkungen der Ozeanversauerung bietet, kann die Ozeanversauerung dennoch die Beuteverteilung, den Zeitpunkt der Wanderung und den Energieaufwand für die Fortbewegung beeinflussen. Bei einigen pelagischen Arten kann es zu Diskrepanzen zwischen Beuteangebot und -verfügbarkeit kommen, wenn sich die Primärproduktion in verschiedenen Regionen oder Jahreszeiten verändert. Darüber hinaus kann die Ozeanversauerung die Entwicklung und das Überleben von Larven und Jungfischen bei Arten mit komplexen Lebenszyklen beeinträchtigen und somit den Rekrutierungserfolg und die Populationsentwicklung beeinflussen.

Benthos- und Sedimentbewohnerfauna
Bodenlebende Organismen wie Vielborster, Muscheln, Schlangensterne und bestimmte Krebstiere sind der Ozeanversauerung direkt an der Sediment-Wasser-Grenzfläche ausgesetzt. Sedimentchemie und Sauerstoffgehalt beeinflussen die Auswirkungen der Ozeanversauerung; manche Arten tolerieren niedrigere pH-Werte besser als andere, während andere verringertes Wachstum, veränderte Fortpflanzung oder erhöhte Sterblichkeit aufweisen. Temperaturanstiege können den Stoffwechselbedarf und die Stressreaktionen verstärken. Sedimentlebende Gemeinschaften beeinflussen auch biogeochemische Prozesse wie Nährstoffkreisläufe und Kohlenstoffbindung, was bedeutet, dass ihr Rückgang die Ökosystemfunktionen und die Habitatstruktur für andere Organismen verändern kann.

Ökosystemingenieure und Lebensraumgestalter
Organismen, die Lebensräume schaffen oder verändern – wie Korallen, Kelp, Seegraswiesen und einige Muschelarten – sind entscheidend für den Erhalt der Biodiversität und der Ökosystemleistungen. Ozeanversauerung und Ozeanüberflutung bedrohen die Integrität und den Fortbestand dieser Lebensräume, indem sie strukturelle Komponenten schwächen, Wachstumsraten verändern und die Wechselwirkungen zwischen den Arten in den von diesen Organismen abhängigen Lebensgemeinschaften verschieben. Der Verlust oder die Zerstörung von Lebensraumgestaltern verringert Rückzugsgebiete, Kinderstuben und Nahrungsgründe für eine Vielzahl von Arten und erhöht so die Anfälligkeit des gesamten Ökosystems.

Weichtiere unter doppeltem Stress
Weichtiere wie Austern, Venusmuscheln, Jakobsmuscheln und Miesmuscheln sind durch die Ozeanversauerung direkt beeinträchtigt, was ihre Schalenbildung behindert und Überleben, Wachstum und Filtrationsfähigkeit mindert. In Kombination mit Ozeanwasser steigen die Stoffwechselkosten, die Larvenentwicklung kann gehemmt werden und die Krankheitsdynamik kann sich verändern. Diese Kombination ist besonders besorgniserregend für Aquakulturbetriebe und natürliche Populationen, die auf intakte Schalen zum Schutz und zur strukturellen Stabilität von Riffen und Korallenriffen angewiesen sind.

Stachelhäuter in angesäuerten Gewässern
Stachelhäuter – darunter Seeigel, Seesterne und Schlangensterne – sind auf kalkhaltige Endoskelettkomponenten angewiesen, die durch die Ozeanversauerung geschädigt werden können. Die Ozeanversauerung kann Skelettstrukturen schwächen und die Larvenentwicklung, die Ansiedlung und das Überleben von Jungtieren beeinträchtigen. Einige Stachelhäuter zeigen unter bestimmten Bedingungen Widerstandsfähigkeit, doch insgesamt besteht Besorgnis über den Rückgang wichtiger Schlüsselarten, die die Gemeinschaftsstruktur und die Räuber-Beute-Dynamik beeinflussen, insbesondere in Gebieten mit ausgeprägter Versauerung.

Krebstiere und Schalenkonsumenten
Krebstiere wie Krabben, Hummer und Garnelen sind durch die Ozeanversauerung (OA) beeinträchtigt, was die Verkalkung ihres Exoskeletts und die Häutungsprozesse betrifft. Während einige Krebstiere in bestimmten Lebensstadien eine Toleranz gegenüber OA zeigen, weisen andere aufgrund dünnerer oder schwächerer Panzer ein verringertes Wachstum, verzögerte Häutung und eine höhere Anfälligkeit für Fressfeinde auf. Ozeanversauerung kann die Lebensraumnutzung und die Verfügbarkeit von Beutetieren verändern und somit den Energiehaushalt und den Fortpflanzungserfolg beeinflussen. Das Zusammenspiel von OA mit häufigen Stressfaktoren wie Sauerstoffmangel und Umweltverschmutzung prägt die Anfälligkeitsmuster zusätzlich.

Verhaltensbezogene und physiologische Empfindlichkeiten
Neben strukturellen Herausforderungen beeinflussen Ozeanversauerung und Ozeanwasserverschmutzung das Verhalten, die Sinneswahrnehmung und die Physiologie verschiedener Arten. Veränderungen chemosensorischer Reize können die Nahrungssuche, die Orientierung und die Vermeidung von Fressfeinden beeinflussen. Verschiebungen im Stoffwechsel, Störungen des Säure-Basen-Haushalts und Stressreaktionen können Wachstum, Fortpflanzung und Überleben beeinträchtigen. Diese subletalen Effekte können Folgen für Populationen haben, insbesondere wenn sie wichtige Lebenszyklusmerkmale verändern oder Umweltreize stören, die für die Habitatwahl und Fortpflanzung relevant sind.

Regionale Hotspots und Klimagradienten
Die Anfälligkeit ist weltweit nicht einheitlich. Regionen mit natürlich geringerer Karbonatsättigung, hohem Süßwasserzufluss oder intensiven CO₂-Flüssen – wie Polargebiete und Auftriebszonen – weisen tendenziell stärkere Auswirkungen der Ozeanversauerung auf. Korallenriffe in flachen, gut beleuchteten Gewässern können einen raschen, durch die Ozeanversauerung bedingten Rückgang der Kalzifizierung erleiden, während polare und subpolare Ökosysteme gleichzeitig Temperatur- und Meereisveränderungen ausgesetzt sind. Auftriebszonen können Wasser mit hohem CO₂-Gehalt und niedrigem pH-Wert einbringen und so den Stress für die dortigen Gemeinschaften verstärken. Das Zusammenspiel mit lokalen Stressfaktoren (Verschmutzung, Überfischung, Lebensraumzerstörung) bestimmt die Gesamtanfälligkeit und Anpassungsfähigkeit von Arten und Ökosystemen.

Sozioökonomische Auswirkungen und adaptive Reaktionen
Die Anfälligkeit mariner Arten gegenüber Ozeanversauerung und Ozeanüberflutung hat direkte und indirekte Folgen für menschliche Gemeinschaften. Fischereierträge, Produktivität der Aquakultur, Tourismus und Küstenschutz hängen von widerstandsfähigen Ökosystemen ab. Anpassungsmaßnahmen umfassen unterstützte und selektive Zuchtprogramme für Aquakulturarten, die Wiederherstellung degradierter Lebensräume, die Reduzierung lokaler Belastungsfaktoren und die Entwicklung eines klimaschonenden Fischereimanagements. Integrierte Ansätze, die die Minderung von CO₂-Emissionen mit Anpassungs- und Naturschutzplanung verbinden, bieten die besten Chancen, negative Folgen abzumildern. Öffentliches Bewusstsein, politische Rahmenbedingungen und internationale Zusammenarbeit sind unerlässlich, um wissenschaftliche Erkenntnisse mit praktischer Regierungsführung in Einklang zu bringen.