Studie: Karibische Riffe haben heute 60 bis 70 Prozent kürzere Nahrungsketten als vor 7.000 Jahren

Uralte karibische Korallenriffe funktionierten laut einer neuen Studie auf eine Weise, die in heutigen Ökosystemen kaum noch vorkommt.

Nahrungsketten, die früher ein komplexes Geflecht aus Räubern und Beutetieren trugen, sind um bis zu 70 % zusammengeschrumpft – und damit ist auf den Riffen eine ganze Ebene ökologischer Komplexität verschwunden.

Geleitet wurde die Untersuchung von Forschenden des Smithsonian Tropical Research Institute (STRI).

Die Arbeit zeigt tiefgreifende Veränderungen darin, wie Energie durch karibische Riff-Ökosysteme fliesst.

Uralte Riffe und moderne Nahrungsketten

Korallenriffe in der Karibik geraten zunehmend unter Druck: Bleicheereignisse treten häufiger auf, die Korallenbedeckung ist zurückgegangen, und viele Fisch- sowie Hai-Bestände sind in den letzten Jahrzehnten geschrumpft.

Dass Riffe Arten verlieren, war der Wissenschaft bereits klar. Eine zentrale Frage blieb jedoch offen: Hat sich auch verändert, wie Energie durch die Nahrungsketten eines Riffs weitergegeben wird?

Um das zu klären, stellte das Team Riffe von vor 7.000 Jahren heutigen Riffen in Panama und der Dominikanischen Republik gegenüber. Die fossilen Riffe stammen aus dem mittleren Holozän – also aus einer Zeit lange vor starken menschlichen Einflüssen.

Das Ergebnis fiel drastisch aus: Heutige Nahrungsketten sind im Vergleich zu damals um 60 bis 70 Prozent kürzer.

Damit ist der Abstand zwischen kleinen Fischen und grösseren Räubern deutlich kleiner geworden. Energie gelangt nun über weniger Zwischenstufen zu den Spitzenkonsumenten.

Analyse uralter Fisch-Otolithen

Fische besitzen im Kopf winzige Strukturen, sogenannte Otolithen – auch als Gehörsteine bekannt. Diese kleinen „Steinchen“ unterstützen Gleichgewicht und Hören. Stirbt ein Fisch, können Otolithen in Riffsedimenten über Tausende Jahre erhalten bleiben.

Jeder Otolith enthält Stickstoff aus der Nahrung, die der Fisch zu Lebzeiten aufgenommen hat. Anhand der Stickstoff-Isotopenverhältnisse in diesen Gehörsteinen lässt sich rekonstruieren, welche Position ein Fisch in der Nahrungskette einnahm.

Im Labor von Daniel Sigman an der Princeton University entwickelte Jessica Lueders-Dumont eine hochempfindliche Methode, um den im Otolith-Mineral eingeschlossenen Stickstoff zu extrahieren und zu messen.

Da der Stickstoff in Calciumcarbonat eingebettet ist, bleibt er über Jahrtausende geschützt – mitsamt einer unverfälschten isotopischen Signatur.

Aaron O’Dea und sein Team begannen Anfang der 2010er-Jahre in Panama mit Ausgrabungen aussergewöhnlich gut erhaltener fossiler Riffe.

Später wurde die Arbeit auf das Enriquillo-Becken in der Dominikanischen Republik ausgeweitet. Dort sammelten Forschende tonnenweise Riffsediment und sortierten es mit grossem Aufwand Korn für Korn.

Fossile Riffe zeichnen die Geschichte der Nahrungsketten nach

Brígida de Gracia und Chien Hsiang Lin sortierten und bestimmten Tausende Otolithen aus den Sedimenten der uralten Riffe. Diese Aufgabe verlangte viel Geduld und ein detailliertes Verständnis der Fischanatomie.

„Otolithen aus Sediment herauszupicken, Korn für Korn, ist schwierig, aber man entwickelt eine sehr enge Beziehung zu diesen uralten Riffen“, sagte de Gracia.

„Jeder Otolith erzählt die Geschichte eines Fisches, der vor Tausenden Jahren lebte. Diese Geschichten mithilfe der Isotopenchemie lebendig werden zu sehen, ist unglaublich lohnend.“

Auch Aaron O’Dea erkannte früh, welchen Wert diese winzigen Knochenstrukturen haben.

„Otolithen sind unglaubliche Strukturen, und als wir sie erstmals in unseren fossilen Riffproben fanden, wurde mir klar, dass wir die Chance hatten, nicht nur zu rekonstruieren, wie Korallen vor dem Einfluss des Menschen waren, sondern auch die Fische, die auf Riffen leben“, sagte O’Dea.

Grosse Veränderungen in der Ernährung der Fische

Untersucht wurden vier Fischfamilien. Grundeln sind kleine Bodenbewohner. Ährenfische schwimmen in Schwärmen im Freiwasser. Kardinalbarsche jagen nachts. Grunzfische sind grösser und bewegen sich zwischen Riffen und Mangroven.

Die meisten dieser Fische werden vom Menschen nicht stark befischt. Veränderungen in ihrer Ernährung spiegeln daher wahrscheinlich breit angelegte Verschiebungen im Ökosystem wider – und nicht nur den Druck durch Fischerei.

Die Auswertung zeigte: Höherstehende Fische wie Grunzfische und Kardinalbarsche fressen heute auf einem niedrigeren Niveau der Nahrungskette. Gleichzeitig sind kleinere Fische wie Grundeln leicht nach oben gerückt. Der Abstand zwischen Räuber und Beute hat sich um etwa 60 Prozent verdichtet.

Noch überraschender war, dass einzelne Fische innerhalb derselben Familie inzwischen ähnlicher fressen. In uralten Riffen spezialisierten sich verschiedene Individuen auf unterschiedliche Beute. Heute ist die Ernährungsvielfalt innerhalb der Familien um 20 bis 70 Prozent zurückgegangen.

„Was uns auffiel, ist, wie konsistent das Muster ist“, sagte Jessica Lueders-Dumont. „In jeder Fischfamilie, die wir untersucht haben, sowohl in Panama als auch in der Dominikanischen Republik, ist die Ernährungsdiversität geschrumpft.“

„Diese Riffe haben eine ganze Dimension ökologischer Komplexität verloren, von der wir nicht einmal wussten, dass sie fehlt.“

Folgen für heutige Riffe

Wenn viele Fische auf dieselbe Nahrungsquelle angewiesen sind, kann eine einzelne Störung eine gesamte Population gleichzeitig treffen. Uralte Riffe boten zahlreiche unterschiedliche Energiepfade; brach eine Nahrungsquelle ein, konnten andere den Kreislauf weiter tragen.

Moderne Riffe mögen auf den ersten Blick ähnlich wirken, doch unter der Oberfläche funktionieren sie anders. „Wir wussten bereits, dass moderne karibische Riffe weniger Korallen und weniger Haie beherbergen“, sagte O’Dea.

„Jetzt können wir sehen, dass die verbliebenen Fische auch anders fressen und sich anders verhalten. Das untermauert, dass moderne karibische Riffe nicht einfach nur verkleinerte Versionen dessen sind, was früher war; sie funktionieren möglicherweise auf andere Weise.“

Riffe mit verkürzten Nahrungsketten

„Wir haben jetzt eine Möglichkeit, zu untersuchen, wie ganze Systeme funktionieren“, sagte Lueders-Dumont. „Diese winzigen Gehörsteine öffnen ein Fenster darauf, wie Energie durch Riff-Ökosysteme fliesst – über Zeitskalen, die für Ökologinnen und Ökologen zuvor unvorstellbar waren.“

Uralte Riffe waren komplexer und anpassungsfähiger. Heutige Riffe haben verborgene Schichten der Vielfalt eingebüsst. Ein besseres Verständnis dieser Veränderungen könnte helfen, Schutzmassnahmen gezielter zu steuern, bevor noch mehr ökologisches Gleichgewicht verloren geht.