Neue Studie in Nature Communications: Erwärmung und Überfischung könnten die Rolle von Fischen im marinen Kohlenstoffkreislauf verändern

Fische bilden Karbonate aus Meersalzen und scheiden sie in großen Mengen aus. Diese können absinken und zu Sedimenten werden oder sich auflösen und dazu beitragen, Säuren im Meerwasser zu neutralisieren. Eine neue Studie in Nature Communications gibt Aufschluss darüber, wodurch die Karbonatausscheidung von Fischen gesteuert wird.

Neue Studie in Nature Communications: Erwärmung und Überfischung könnten die Rolle von Fischen im marinen Kohlenstoffkreislauf verändern

Knochenfische werden eher als Nahrungsquelle denn als Regulatoren im Kohlenstoffkreislauf angesehen. Dabei erbringen sie eine Reihe von Leistungen, die für die Eindämmung des Klimawandels wichtig sind. So lagern sie beispielsweise während ihres Wachstums Kohlenstoff in ihren Körpern ein und tragen zu seiner langfristigen Speicherung bei, wenn ihre Ausscheidungen und schließlich ihr Kadaver in die Tiefsee absinken. Sie stellen aber auch in ihrem Darm Karbonate aus Meersalzen her und scheiden diese in großen Mengen aus. Daher sind Fische besonders wichtig für den anorganischen Kohlenstoffkreislauf der Ozeane.

Die Fischkarbonate können absinken und zu Sedimenten werden, sie können sich aber auch in der Wassersäule auflösen und tragen dann dazu bei, Säuren im Meerwasser zu neutralisieren. Eine neue Studie in Nature Communications gibt Aufschluss darüber, wodurch die Karbonatausscheidung von Fischen gesteuert wird. Die Ergebnisse leisten einen wichtigen Beitrag, um die biogechemischen und physikalischen Prozesse im Ozean in Zeiten des Klimawandels besser zu verstehen.

Unter der Leitung des Leibniz-Zentrums für Marine Tropenforschung (ZMT) untersuchte ein Team von Wissenschaftler:innen eine Vielzahl von Fischarten, um festzustellen, wie bestimmte Fischmerkmale und Umweltveränderungen die Menge und Zusammensetzung der ausgeschiedenen Karbonate steuern. Das Team entnahm Karbonate von Korallenriff-Fischen aus Palau, Australien und den Bahamas, während sie in Aquarien unter den natürlichen Bedingungen ihres Heimatriffs gehalten wurden. Die Forschenden erstellten anschließend eine umfangreiche Datenbank mit den Karbonatausscheidungsraten von mehr als 380 Fischen aus 85 Arten, darunter Riffbarsche, Doktorfische, Papageienfische, Lippfische, Schnapper und Zackenbarsche.

Warum scheiden Knochenfische Karbonate aus?

Meeresfische leben in einer salzhaltigen Umgebung, die einen höheren osmotischen Druck aufweist als ihr Blut. Dadurch wird ihrem Körper Wasser entzogen. "Um dieses zu ersetzen, trinken die Fische Meerwasser, müssen aber die großen Mengen an Kalzium und Magnesium, die darin enthalten sind, wieder loswerden", erklärt Mattia Ghilardi, Meeresbiologe am ZMT und Erstautor der Studie. "Diese werden im Darm in Form von Karbonatkristallen ausgefällt und mit dem Kot ins Meer abgegeben." Experten schätzen, dass der Fischkot weltweit für bis zu 15 % der Karbonatproduktion in den Oberflächengewässern verantwortlich ist.

Im Gegensatz zu Korallen und anderen Karbonatproduzenten erzeugen Fische ein breites Spektrum an Karbonatformen, die sich je nach ihrer Zusammensetzung auflösen oder absinken und Sedimente bilden. Die globale Erwärmung und die Überfischung können die Menge der von Fischen produzierten Karbonate verändern und bestimmen letztlich, welche Karbonatform am meisten ausgeschieden wird. Dadurch ändert sich die Rolle der Fische im anorganischen Kohlenstoffkreislauf des Ozeans erheblich.

Das Wissenschaftlerteam konnte den Zusammenhang zwischen dem Stoffwechsel der Fische und ihren Karbonatausscheidungen darstellen. Hohe Temperaturen zum Beispiel steigern den Stoffwechsel und die Karbonatausscheidung. Fische mit gegabelten oder lanzenförmigen Schwänzen sind aktiver und scheiden daher mehr Karbonate aus als Fische mit runden Schwänzen. Interessanterweise spielt auch die Länge des Darms eine Rolle: Wie die Temperatur beeinflusst sie die Menge und die mineralogische Zusammensetzung der ausgeschiedenen Kristalle.

Veränderungen in der Meereschemie möglich

Einflüsse wie die Klimaerwärmung und die Überfischung bestimmter Fischarten können den Beitrag der Fischkarbonate zum anorganischen Kohlenstoffkreislauf des Meeres erheblich verändern. So könnte beispielsweise der Fischereidruck auf Fische, die in der Nahrungskette weit oben stehen, zu einem starken Rückgang der Karbonatausscheidungen führen. Klimabedingte Veränderungen der Fischgröße können diesen Effekt noch verstärken. Wärmere Temperaturen begünstigen die Produktion von leicht löslichen Fischkarbonaten, die weniger Sediment bilden. All diese Faktoren beeinflussen die Meereschemie und möglicherweise auch die Fähigkeit des Ozeans, das Treibhausgas CO2 aus der Atmosphäre aufzunehmen.

Die neuen Erkenntnisse ermöglichen es der Forschung, die Menge und Zusammensetzung der Karbonate, die von den Fischgemeinschaften in verschiedenen Meeresregionen und weltweit produziert werden, zuverlässiger zu berechnen. „Mit unserer Studie ebnen wir den Weg für genauere Vorhersagen über die Rolle der Fische im marinen Kohlenstoffkreislauf unter veränderten Bedingungen wie Klimaerwärmung und Überfischung", sagt Sonia Bejarano, Koautorin und Riffökologin am ZMT. "Solche Vorhersagen sind sehr wichtig für Management- und Entscheidungsprozesse, die darauf ausgerichtet sind, die Ökosystemfunktionen zu erhalten.“

Publikation

Ghilardi M, Salter MA, Parravicini V, Ferse SCA, Rixen T, Wild C, Birkicht M, Perry CT, Berry A, Wilson RW, Mouillot D, Bejarano S (2023) Temperature, species identity and morphological traits predict carbonate excretion and mineralogy in tropical reef fishes. Nat Commun 14, 985 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-36617-7

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Über das Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT)
Das Leibniz-Zentrum für Marine Tropenforschung (ZMT) in Bremen widmet sich in Forschung und Lehre dem besseren Verständnis tropischer Küstenökosysteme wie Mangroven, Seegraswiesen, Korallenriffen, Ästuaren und Auftriebsgebieten. Im Mittelpunkt stehen Fragen zu ihrer Struktur und Funktion, ihren Ressourcen und ihrer Widerstandsfähigkeit gegenüber menschlichen Eingriffen und natürlichen Veränderungen. Mit seiner Arbeit schafft das Institut eine wissenschaftliche Grundlage für den Schutz und die nachhaltige Nutzung dieser Lebensräume. Das ZMT führt seine Forschungsprojekte in enger Kooperation mit Partnern in den Tropen durch, wo es die Entwicklung von Expertise und Infrastruktur auf dem Gebiet des nachhaltigen Küstenzonenmanagements unterstützt. Das ZMT ist Mitglied der Leibniz-Gemeinschaft. Weitere Informationen unter  www.leibniz-zmt.de

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