Unterschätzer Effekt kumulativer Muskelkraft: Fische tragen offenbar mehr zur Durchmischung von Wasserschichten bei als bisher gedacht, geht aus einer Studie hervor. Forscher haben bei einer Untersuchung an der spanischen Küste festgestellt, dass dort Schwärme laichender Sardellen ähnlich starke Turbulenzen im Wasser verursachen wie Stürme. Dadurch verteilen die Fische Nährstoffe und Sauerstoff und tragen damit vermutlich erheblich zur Gestaltung des marinen Ökosystem bei, erklären die Wissenschaftler.

Warmes, leichtes Wasser bildet die oberen Schichten, kühleres und damit dichteres hingegen die unteren: Diesem Grundprinzip folgend bilden sich in den Ozeanen Strukturierungen aus. Für das Leben ist es allerdings wichtig, dass diese Schichtsysteme zumindest in einem gewissen Ausmaß aufgebrochen werden: Die Durchmischung in den Meeren sorgt für einen Transport von Wärme, Sauerstoff und Nährstoffen zwischen den verschiedenen Schichten. Dieser Austausch bildet eine Lebensgrundlage vieler Lebewesen in den verschiedenen marinen Ökosystemen. Die wichtigste Rolle spielen dabei physikalische Prozesse: Gezeiten, Strömungssysteme sowie Wind und Wetter sorgen für Wasserbewegungen und Turbulenzen, die zu einer Durchmischung führen.

Welchen Einfluss haben Lebewesen?

Inwieweit auch die Bewegungsenergie von Lebewesen wie Fischen einen Beitrag leisten kann, war bisher hingegen unklar. Man ging dabei von einem eher geringen Effekt aus und der Nachweis entsprechender Prozesse galt als schwierig. Das sogenannte Biomixing stand deshalb zunächst auch gar nicht im Fokus des Forscherteams um Fernández Castro von der University of Southampton. „Unsere Entdeckung war eine Überraschung im Rahmen unserer Messungen: Wir wollten eigentlich untersuchen, wie sich Turbulenzen auf das Meeresleben auswirken. Doch am Ende konnten wir dann dokumentieren, dass Lebewesen Wasserbewegungen verursachen können, die wiederum das Meeresleben beeinflussen“, so Castro.

Die Wissenschaftler führten ihre Untersuchungen in einer Bucht an der Nordwestküste der Iberischen Halbinsel durch. Von einem Boot aus ließen sie ein Messinstrument in das Wasser hinab, das alle halbe Stunde über zwei Wochen hinweg Schwankungen der Strömungsgeschwindigkeiten und der Temperatur mit hoher Sensibilität erfasste. Die Forscher wollten damit untersuchen, inwieweit das Schichtsystem in der Bucht durch turbulente Effekte beeinflusst wird, wie sie etwa durch Wind und Wetter hervorgerufen werden.

„Stürmischen“ Turbulenzen auf der Spur

Dabei stellten sie überrascht fest: Jede Nacht kam es zu Turbulenzen und Vermischungen des Schichtsystems in der Bucht, ähnlich wie sie bei einem Sturm auftreten. Diese Wasserbewegungen zeichnete sich aber auch bei völlig ruhigem Wetter ab. Hinweise auf die Ursache lieferte dann der Blick auf die Informationen, die das Echolot des Schiffes lieferte: In den akustischen Daten zeichneten sich Fischschwärme ab, die jede Nacht im Untersuchungsgebiet auftauchten. Anschließende Untersuchungen zeigten dann, dass es sich um Schwärme der Europäischen Sardelle (Engraulis encrascicolus) handelte: Die Studie der Forscher war zufällig in die Laichzeit der kleinen Schwarmfische gefallen – die Zeit, in der sie sich zu Schwärmen zusammenfinden und für Nachwuchs sorgen. Den Forschern zufolge ist die Erklärung für die erheblichen Turbulenzen in der Bucht somit, dass sie durch das hektische Verhalten der Sardellen während des Laichens verursacht wurden.

Im offenen Ozean hat ein solches Biomixing vermutlich kaum eine Bedeutung für die Durchmischung, da dort die verschiedenen Wasserschichten meist sehr dick sind, sagen die Wissenschaftler. Doch die Studienergebnisse legen nahe, dass dies in einigen ökologisch sehr wichtigen Küstenbereichen anders sein könnte. „Wir haben gezeigt, dass Fische im Küstenbereich, wo sich die Schichten über viel kürzere Distanzen ändern, in der Lage sind, sie zu vermischen“, sagt Castro.

Die von Fischschwärmen erzeugte vertikale Verlagerung könnte sich damit auf die Umverteilung von Temperatur, Nährstoffen und anderen wichtigen Wasserwerten wie den Sauerstoffgehalt erheblich auswirken. Diese Faktoren sind für die Funktion des Ökosystems grundlegend wichtig und auch die Fische selbst sind auf sie angewiesen, erklären die Forscher. Die Ergebnisse dokumentieren ihnen zufolge daher die Fähigkeit von Lebewesen, ihre physikalische Umwelt zu beeinflussen und umzugestalten. Abschließend schreiben Castro und seine Kollegen: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass biologisch bedingte Turbulenzen ein hochwirksamer Durchmischungsfaktor sein können, und fordern eine erneute Untersuchung ihrer Auswirkungen auf produktive Regionen der Ozeane“.

Quelle: University of Southampton, Fachartikel: Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-022-00916-3

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