Entwicklungen der marinen Artenvielfalt

Die Biodiversität, also die Artenvielfalt und deren Dichte in einem Ökosystem, spielt eine Schlüsselrolle bei der Funktion eines Systems. Innerhalb eines Ökosystems sind die intra- und interspezifische Diversität (Vielfalt innerhalb einer Art und zwischen den Arten) von großer Bedeutung für dessen Funktion. Sie sind auch entscheidend für die Widerstandsfähigkeit des Gesamtsystems, also seiner Fähigkeit sich nach einer Störung seines Gleichgewichts wieder zu erholen. Insofern ist Biodiversität nicht nur von akademischem, sondern auch von gesellschaftlichem Interesse.

In der Wissenschaft werden verschiedene Biodiversitätsbegriffe unterschieden:

1. Genetische Diversität: Diese beschreibt die genetische Variabilität innerhalb einer Art.
2. Artenvielfalt, die Anzahl der verschiedenen Arten in einem definierten Ökosystem.
3. Funktionelle Diversität: Diese bezieht sich auf die verschiedenen Prozesse und Verhaltensweisen (z.B. Primärproduzenten, Konsumenten etc.) innerhalb eines Systems.
4. Ökosystemdiversität: Die Anzahl der verschiedenen Ökosystemtypen in einer größeren geografischen Region. Für die Nordsee/Nordatlantik wären dies z.B. so unterschiedliche Systeme wie Sand, Schlamm oder Felsküsten in der Gezeitenzone, Freiwasserbereiche oder Kaltwasserkorallensysteme. In der Arktis können Permafrost und Meereis als eigenständige Ökosysteme betrachtet werden.

Langfristige (und räumlich großskalige) Veränderungen in der marinen Biodiversität, z.B. resultierend aus einer Erwärmung, Versauerung oder Verschmutzung des Wassers, können diese ökosystemaren Dienstleistungen erheblich beeinträchtigen. Diese Veränderungen können sehr plötzlich auftreten (so genannte „regime shifts“) und zu einer kompletten Neuorganisation des Systems führen. Bereits gut dokumentiert sind langfristige Verschiebungen innerhalb eines Ökosystems von Fisch zu gelatinösem Plankton, welches negative Auswirkungen für die Fischerei, Tourismus und Nahrungsmittelindustrie verursacht. Zu solchen katastrophalen Verschiebungen kam es im Schwarzen und Kaspischen Meer sowie im Mittelmeer. In der Nordsee wurde es noch nicht im gleichen Maße beobachtet. Zukünftige Entwicklungen werden aber nur durch regelmäßiges Monitoring greifbar werden. Weitere erwartete Hinweise auf solche Verschiebungen sind in Zukunft ein vermehrtes Auftreten pathogener (krankheitserregender) Bakterien sowie giftiger Algenblüten in der Nordsee.

So dramatisch die bereits beobachteten Veränderungen auch sein mögen, ist es doch oft schwierig zu beurteilen, wie sich diese Veränderungen langfristig auswirken bzw. wie beständig sie sein werden. Im Plankton gibt es z.B. mehrere historische Beispiele von Einwanderungen, die jetzt normale Komponenten des lokalen Nahrungsnetzes darstellen wie z.B. die Kieselalge Odontella sinensis. Dies kann daran liegen, dass sich tierische Räuber, wie z.B. Fische, langsam an eine neue Beute anpassen. In jüngerer Zeit konnte ein relativer Neuzugang zum Artenrepertoire der Nordsee ermittelt werden: die Kieselalge Mediopyxis helysia. Es wurde befürchtet, dass diese ursprünglich, aufgrund ihres schnellen Wachstums, ein sehr hohes invasives Potenzial hätte. Allerdings dient sie schon jetzt, nur einige Jahre nach ihrer ersten Entdeckung vor Helgoland, nachweislich Krustentieren als Nahrungsquelle. Es ist somit zweifelhaft, ob diese Art tatsächlich das marine Ökosystem der Nordsee nachhaltig beeinträchtigen wird.

Ein ähnliches Beispiel ist der Seetang Sargassum muticum. Obwohl er auf die Wattenmeerinsel Sylt eingewandert ist und die Gefahr besteht, dass er andere Tangarten verdrängen könnte, dient er doch gleichzeitig den Jungfischen und Wirbellosen als Habitat (Lebensraum) und kann so sogar zu einer Erhöhung der Diversität beitragen.

Wie lang- oder kurzlebig solche Veränderungen sind und ob diese negative oder positive Auswirkungen auf das Ökosystem haben, hängt auch von der funktionalen Diversität eines Systems ab. Ein weiterer wichtiger Faktor ist die genetische Diversität. Bei verschiedenen Planktonarten ist bereits festgestellt worden, dass diese Diversität sehr hoch sein kann und dass sogar verschiedene Klone auch unterschiedliche physiologische Merkmale haben, die der Art eine größere Fähigkeit verleihen könnten, Umweltschwankungen zu überstehen. Diese Aspekte der Biodiversität benötigen weitere intensive und langfristig angelegte Untersuchungen, die nur durch einen interdisziplinären Ansatz aus physiologischen und molekularbiologischen Studien adäquat bearbeitet werden können.

Da besonders küstennahe Landstriche immer enger besiedelt werden, steigt auch der Bedarf an Informationen zur Evaluierung/Klassifizierung des Zustands von Ökosystemen, die dazu beitragen sollen die sozio-ökonomischen Auswirkungen von Biodiversitätsverschiebungen zu bewerten. Dies ist schwierig, da es keine allgemein gültigen Beschreibungen oder Schlagworte für die Bewertung von Ökosystemen gibt. Für diese Bewertungen sind daher mehrere Faktoren von großer Bedeutung:

• Qualitätskontrollierte Langzeitbeobachtungen, die es ermöglichen, Ökosystemveränderungen zu bewerten und deren Daten zur Verifizierung von Modellen dienen können (Ground-truthing-Daten). Zunehmend werden auch molekulare Daten und hochaufgelöste Messungen verschiedener automatisch betriebener Sensoren, Bestandteile solcher Zeitserien werden.
• Experimentelle Studien, die die möglichen Treiber der beobachteten Veränderungen untersuchen und erklären.
• Modelle, die Diversität (inter- und intraspezifisch) zu Veränderungen in Hydrographie, im Nährstoffhaushalt oder anderen Faktoren eines Wasserkörpers in Beziehung stellen können. Ein besseres Verständnis vergangener Vorgänge sollte dann auch bessere Projektionen zukünftiger Ereignisse z.B. aufgrund einer weiteren Wassererwärmung ermöglichen.

Der notwendige interdisziplinäre und langfristige Ansatz im Hinblick auf die Erforschung des Biodiversitätswandels bedingt eine effiziente Archivierung der erhobenen Daten. Somit können alle erhobenen Ergebnisse zu einer Art oder einem Gebiet, egal ob molekular, experimentell oder sogar taxonomisch mit allen verfügbaren Langzeitdaten gemeinsam betrachtet werden. Es gibt bereits eine Vielzahl von Datenbanksystemen, die Teilbereiche abdecken. Die Datenbanken Hustedt und PLANKTON*NET  stellen bereits georeferenzierte taxonomische Planktondaten zur Verfügung.

Planktonnet-Daten dienen teilweise bereits auch als Metadaten für numerische Zeitreihendaten der Pangaea-Datenbank. Das geplante Informationssystem DIVERSE wird zusätzlich molekulare Daten und Analysen zusammenfassen, um die Artzusammensetzung, besonders für den Bereich des Phytoplanktons sowie funktionelle Genomik, im Hinblick auf bestimmte Stressfaktoren charakterisieren zu können.