Die Paarung von Sardellen bringt das Meer genauso in Aufruhr wie ein großer Sturm – und ist auch gut für die Umwelt
Warum sollten sich Ozeanographen für den Geschlechtsverkehr von Sardellen interessieren? Wir interessieren uns dafür, weil diese kleinen Fische bei der Paarung dazu beitragen können, verschiedene Schichten des Ozeans zu vermischen. Dadurch zirkulieren Nährstoffe, Sauerstoff und Treibhausgase zwischen den verschiedenen Schichten des Ozeans und erhalten so das Ökosystem.
Das vertikale Vermischen der Ozeanschichten erfordert Energie. Der Großteil dieser Energie wird durch Wind und Gezeiten bereitgestellt. Untersuchungen aus dem Jahr 1966 ergaben jedoch ein Missverhältnis zwischen der zum Vermischen benötigten Energie und der Energie, die durch verfügbare Quellen bereitgestellt wird.
Dies führte zu einer spannenden Frage: Können schwimmende Tiere wie Fische und Krebse die Energielücke schließen und zur Durchmischung der Ozeane beitragen?
Nach Jahrzehnten gemischter und äußerst spärlicher Beweise war die ozeanografische Gemeinschaft im Jahr 2019 kurz davor, zu diesem Thema ein Urteil zu fällen. Eine von einem amerikanischen Forscher namens Eric Kunze durchgeführte Studie kam zu dem Schluss, dass eine biologische Vermischung äußerst unwahrscheinlich sei.
Die Begründung für diese Schlussfolgerung ist einfach. Meeresschwimmer erzeugen bei ihrer Bewegung zwar einige turbulente Wirbel, aber diese Wirbel sind zu klein, um eine nennenswerte vertikale Vermischung zu bewirken. Die von Meeresschwimmern erzeugten Wirbel sind so klein, dass sie stattdessen durch Reibung zwischen Wassermolekülen als Wärme abgeführt werden.
Doch in einer 2022 veröffentlichten Studie stellten meine Kollegen und ich diese Schlussfolgerung in Frage. Unsere Ergebnisse zeigen, dass unter bestimmten Umständen eine biologische Vermischung möglich ist.
Eine überraschende Beobachtung
Im Juli 2018 verließ unser Team die Küste Galiciens im Nordwesten Spaniens, um herauszufinden, ob Schwankungen in den Bedingungen der Meeresdurchmischung für das häufige Auftreten schädlicher Algenblüten verantwortlich sind, die die florierende Muschelzuchtindustrie der Region bedrohen. Wir haben 15 Tage lang alle 30 Minuten die Wasserturbulenzen sowie verschiedene ökologische Indikatoren gemessen.
Wir haben die Turbulenz überwacht, indem wir Schwankungen in der Geschwindigkeit und Temperatur des Wassers in sehr kleinem Maßstab gemessen haben. Diese Schwankungen sind ein Hinweis auf die Intensität der turbulenten Bewegungen bzw. der Vermischung. Zu unserer Überraschung stellten wir jede Nacht extrem hohe Turbulenzwerte fest, die denen eines schweren Sturms ähnelten.
Doch zum Zeitpunkt unserer Studie war das Wetter ruhig und die Gezeiten schwach. Was war also los? Der Schlüssel zur Lösung dieses Rätsels ergab sich aus der beiläufigen Beobachtung von Bildschirmen im Labor an Bord unseres Forschungsschiffs. Diese Bildschirme zeigen Signale vom Echolot des Schiffes, einem Instrument, das die Anwesenheit von Fischen erkennen soll.
Zunächst schenkte uns niemand viel Aufmerksamkeit, da wir uns – grundsätzlich – nicht für Fische interessierten. Doch die akustischen Messungen ergaben sehr starke Echosignale, die mit unseren starken nächtlichen Turbulenzmessungen übereinstimmten. Dies ließ darauf schließen, dass die starken nächtlichen Turbulenzen mit der Anwesenheit von Fischen zusammenhingen.
Die naheliegende Lösung bestand darin, die Fische zu fangen. Wir verwendeten einige der kleinen bongoförmigen Netze, die zum Fang mikroskopisch kleiner Algen entwickelt wurden.
Was wir in den Netzen fanden, überraschte uns: Sie waren voller Tausender kleiner Fischeier, die wahrscheinlich von europäischen Sardellen stammten.
Der Kreis war geschlossen, das Rätsel gelöst. Hunderte von Sardellen versammelten sich jede Nacht um unsere Probenstation, um sich zu paaren und ihre Eier zu befruchten. In ihrem nächtlichen Treiben erzeugten sie die starken Turbulenzen, die wir gemessen haben.
Wiederbelebung der „Biomixing“-Kontroverse
Eine wichtige Frage blieb jedoch weiterhin unbeantwortet: Konnten die kleinen, aber energischen Wasserbewegungen der gefräßigen Fische die verschiedenen Meeresschichten miteinander vermischen?
Um diese Frage zu beantworten, untersuchten wir die Temperatursignale unseres Turbulenzprofilers im Millimeterbereich. Wir stellten fest, dass die Temperaturschwankungen im kleinen Maßstab nachts, wenn lebhafte Sardellen unterwegs waren, mehr als zehnmal größer waren als tagsüber. Unter unseren Füßen fand tatsächlich eine biologische Durchmischung statt.
Wir glauben, dass die Erklärung für unseren einzigartigen Fund eher mit einem grundlegenden Aspekt der Physik der Turbulenz zusammenhängt als mit den sexuellen Vorlieben der Sardellen.
Die Wassersäule in unserem Untersuchungsgebiet weist sehr starke vertikale Schwankungen der Wassereigenschaften auf, die als „vertikale Schichtung“ bezeichnet werden. Wasserschichten mit unterschiedlichen Eigenschaften sind daher relativ „dünn“, was bedeutet, dass die von den Fischen erzeugten kleinräumigen Bewegungen sie miteinander vermischen können. Dies steht im Gegensatz zu früheren Studien, die in offeneren Meeresregionen durchgeführt wurden, in denen die Schichtung normalerweise schwächer ist.
Unsere zufällige Beobachtung bestätigte die seit langem bestehende Vermutung einer biologisch bedingten Durchmischung des Ozeans. Unser Ergebnis bleibt jedoch eine isolierte Beobachtung.
Es gibt noch viel zu tun, um die Bedeutung der biologischen Durchmischung für das lokale Ökosystem zu beurteilen. Aber eines ist sicher: Die Kontroverse um die biologische Durchmischung wird uns viel länger begleiten, als wir noch vor einigen Jahren erwartet hätten.
Bieito Fernandez Castro, Dozent für Physikalische Ozeanographie, Universität von Southampton
