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Warum gibt es relativ mehr Raubtiere an Land als in den Ozeanen?

Warum gibt es relativ mehr Raubtiere an Land als in den Ozeanen?


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Unser Biologielehrer sagte uns, dass einer der Gründe dafür, dass sich intelligentes Leben an Land tatsächlich entwickelt hat, unter schlechteren Bedingungen darin besteht, dass aufgrund der größeren Anzahl von Raubtieren ein wichtigerer Selektionsdruck besteht.

Gibt es wirklich relativ weniger Raubtiere (in Zahlen) auf dem Land? Was ist die Ursache für dieses Phänomen?


Ich würde nicht sagen, dass die Bedingungen an Land schlechter sind … nur instabiler, weniger vorhersehbar über einen Zeitraum von einer Million Jahren. Und eine instabile Umgebung scheint einer der Faktoren in der Evolution der menschlichen Intelligenz zu sein. dh die Umwelt ändert sich schneller als die Evolution den Körper anpassen kann… eine Lösung besteht also darin, das Verhalten des Tieres anzupassen, was Intelligenz erfordert.

Allerdings sind auch Delfine sehr intelligent. Octopus sind auch ziemlich gute Rätsellöser … aber sie sind kurzlebig.

Was das Räuber-Beute-Verhältnis betrifft https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/why-arent-there-more-lions-254873 Hier ist etwas zu lesen. Das Raubtier-Beute-Verhältnis scheint von der Wachstumsrate der Beutetiere abhängig zu sein

Und Beutetiere im Ozean drehen sich schneller im Ozean … also gibt es mehr Raubtiere im Ozean als an Land. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4240998/.


Warum gibt es relativ mehr Raubtiere an Land als in den Ozeanen? - Biologie

Der Meeresbiologe Prof. Robert Warner diskutiert die Beziehung zwischen Meeresräubern und ihrer Beute. Er erklärt auch, warum Meeresumwelten angesichts menschlicher Einflüsse robuster sein können als terrestrische Ökosysteme. Präsentiert von Dr. Dyani Lewis.

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"Eine effizientere Methode sind sogenannte Slot-Limits. Das heißt, ja, nehmen Sie nicht die kleinsten Fische, aber nehmen Sie auch nicht die größten Fische. Das lässt einige dieser großen Fische, die eine sehr, sehr hohe Fruchtbarkeit haben, noch übrig helfen, die Bevölkerung wieder aufzufüllen." -- Prof. Robert Warner

Robert Warner ist derzeit Forschungsprofessor für Meeresbiologie am Department of Ecology, Evolution and Marine Biology der University of California, Santa Barbara. Die Arbeit von Dr. Warner umfasst zwei Bereiche der Fischbiologie mit über 160 von Experten begutachteten Veröffentlichungen. Die erste ist die Entwicklung von Paarungssystemen und Lebensgeschichten. Frühere Themen umfassen die Entwicklung des Geschlechtswandels und anderer Formen des Hermaphroditismus bei Tieren, sexuelle Selektion und die Entwicklung sekundärer Geschlechtsmerkmale, Gametenzuteilung, Dynamik der Zuteilung elterlicher Fürsorge, Ökonomie der Territorialverteidigung und soziale Auswirkungen auf die Zuteilung der Lebensgeschichte . Warners zweiter Forschungsbereich liegt in der Populationsbiologie und konzentriert sich hauptsächlich auf die Rekrutierungsdynamik bei Meeresfischen. Er interessiert sich dafür, was die Variabilität bei der Rekrutierung bestimmt, inwieweit die Rekrutierung die spätere Populationsdynamik bestimmt und inwieweit lokale Fischpopulationen sich selbst aussäen. Diese Arbeit steht im Zusammenhang mit den jüngsten Studien von Warner über die Wirksamkeit von Meeresschutzgebieten. Seine Forschung wurde hauptsächlich von der National Science Foundation, der Packard Foundation und der Moore Foundation unterstützt.


Der Meeresbiologe Prof. Robert Warner diskutiert die Beziehung zwischen Meeresräubern und ihrer Beute. Er erklärt auch, warum Meeresumwelten angesichts menschlicher Einflüsse robuster sein können als terrestrische Ökosysteme.

DYANI LEWIS
Hallo, ich bin Dyani Lewis, danke, dass Sie sich uns angeschlossen haben. Raubtiere haben oft einen schlechten Ruf. Die furchterregenden Zähne des Weißen Hais machten den Menschen Angst, lange bevor der Film Jaws von 1975 unsere Panik verewigte. Aber unser Blick auf die natürliche Umgebung um uns herum hat sich in den letzten Jahren drastisch verändert, zumal wir die Auswirkungen unserer eigenen Aktivitäten auf fast jedes Ökosystem, das wir berühren, gesehen haben. Sogar unser Blick auf Raubtiere wird weicher, da wir ihre Bedeutung in den Ökosystemen erkennen, zu denen sie gehören. Aber was genau passiert mit einem Ökosystem, wenn seine Feinde entfernt werden? Verändert das Ausfischen der Meeresräuber unsere Ozeangemeinschaften irreversibel? Wie effektiv sind Meeresmanagementpraktiken, um das natürliche Gleichgewicht zwischen Räuber und Beute zu schützen?
Bei Up Close ist heute ein Meeresbiologe dabei, der Antworten auf genau diese Fragen sucht. Robert Warner ist Forschungsprofessor für Meeresbiologie am Department of Ecology, Evolution and Marine Biology der University of California, Santa Barbara. Bob besucht die University of Melbourne mit einem Stipendium der Australian Academy of Science Selby Scientific Foundation. Willkommen bei Up Close, Bob.

DYANI LEWIS
Sind Raubtiere besonders anfällig für menschliche Einflüsse, wenn wir uns die Meeresumwelt ansehen?

ROBERT WARNER
Sie sind nicht nur anfällig für menschliche Einflüsse, es ist noch schlimmer, denn im Allgemeinen fischen wir beim Fischen nach Raubtieren und essen sie. Sie sind also besonders verwundbar, hauptsächlich weil wir auf sie abzielen. Wir wollen die Raubtiere töten, denn die Raubtiere sind die Dinge, die wir essen. Überall zielt jede Fischerei zunächst auf Dinge an der Spitze der Nahrungskette und das sind die großen Raubtiere. Wir können uns schließlich zu kleineren Fischen durchfischen, die möglicherweise keine Raubtiere sind und Algen und Algen fressen. Aber zunächst arbeiten wir immer an den Raubtieren oder zumindest an den großen Dingen. Manchmal töten wir zum Beispiel große Papageienfische, einfach weil sie groß und leicht zu fressen sind. Aber die meiste Zeit arbeiten wir an den Raubtieren, an den Fleischfressern und für jede Fischerei, die ich kenne, waren die Menschen sehr effektiv und haben die Anzahl auf einen Bruchteil dessen reduziert, was sie früher war.

DYANI LEWIS
Wenn das passiert – wenn ein Ökosystem plötzlich viel weniger Raubtiere hat als zuvor, was passiert dann mit den Fischpopulationen, die seine Beute waren?

ROBERT WARNER
Ja, die Standardansicht dazu ist natürlich mit weniger Raubtieren, dann müssen die Dinge, die die Raubtiere fressen, besser überleben und es wird mehr davon geben. Da es mehr davon gibt, werden sie ihrerseits beginnen, die Dinge, die sie essen, zu dezimieren. Wir würden etwas sehen, das als trophische Kaskade bezeichnet wird, weniger Spitzenprädatoren, mehr von den Dingen, die die Spitzenprädatoren essen, und dann weniger von den Dingen unter ihnen, die sie essen. Aber das Interessante ist, dass es im Meeressystem, in Küstengewässern, nur sehr wenige Beweise für trophische Kaskaden gibt. Wir sehen es ziemlich oft in terrestrischen Umgebungen, aber unter Wasser gibt es einige Beispiele dafür. Aber die meiste Zeit gibt es andere Änderungen, Änderungen, für die wir nicht bereit waren, von denen wir nicht wussten, dass sie passieren, und das ist tatsächlich eines der Dinge, über die ich auf dieser Selby-Tour gesprochen habe.

DYANI LEWIS
Wenn Sie ein marines Ökosystem untersuchen, wie messen Sie dann eigentlich, was vor sich geht? Geht es im Grunde genommen darum, hineinzugehen und zu zählen, was man sieht?

ROBERT WARNER
Jawohl. Es ist schön, Unterwasserbiologe zu sein, denn stellen Sie sich vor, Sie würden herausfinden, was mit den Vögeln in den Bäumen vor sich geht. Es gibt Dinge im Weg und die Hälfte der Zeit sieht man die Vögel nicht, aber unter Wasser kann man fliegen. Die Tiere, meistens die Fische, ignorieren dich im Allgemeinen und so ist es eine viel einfachere Umgebung, in der du arbeiten kannst. Obwohl du mit Tauchausrüstung belastet bist, ist der Rest wirklich recht einfach. Ja, Sie können zählen, Sie können beobachten, Sie können sehen, was die Tiere tun, Sie können beispielsweise Verhaltensänderungen feststellen, und einige dieser Verhaltensänderungen sind spektakulär in Bezug darauf, ob es dort Raubtiere gibt oder nicht.

DYANI LEWIS
Wie leicht sind Beweise für dieses sich ändernde Fischverhalten in Riffen zu erkennen?

ROBERT WARNER
Manchmal ist es eigentlich ganz einfach und eine Kollegin von mir, Liz Madin von der Macquarie University, hat festgestellt, dass man diese Effekte sogar aus dem Weltraum sehen kann. Gehen Sie zu Google Earth oder einer der satellitengestützten Beobachtungsplattformen und Sie können sich auf ein Korallenriff konzentrieren und es gibt Fleckenriffe, sagen wir, der Raum, in dem wir sitzen, könnte fünf mal fünf Meter groß sein. Diese sind zu sehen und um diese Patch-Riffe herum ist ein Halo aus weißem Sand, der darstellt, wo die Fische fressen und das Riff ist, wo sie Schutz suchen. Die Größe des Heiligenscheins ist also ein Hinweis darauf, wie weit die Fische bereit sind, sich vom Schutz zu entfernen. In Gebieten, in denen es viele Raubtiere gibt, sind die Halos sehr klein. In Gebieten, in denen die Raubtiere entfernt wurden, normalerweise durch Fischen, sind die Halos ziemlich groß. Sie können diese Effekte also leicht sehen, indem Sie einfach nur die Fische beobachten, sie wagen sich nicht sehr weit weg oder die Auswirkungen auf das, was die Fische fressen, sehen.

DYANI LEWIS
Es hört sich so an, als ob es dann nicht nur um die Fülle an Beutearten geht?

ROBERT WARNER
Das ist richtig, die klassische Ansicht wäre, dass die Auswirkungen einer Zunahme oder Abnahme der Raubtiere eine Zunahme oder Abnahme der Dinge, die sie fressen, wäre. Aber die anderen Effekte, die Verhaltenseffekte, wenn Raubtiere in der Nähe sind, haben die Fische Angst. Sie verhalten sich anders und nennen es die Ökologie der Angst. Sie können viel größere Auswirkungen haben, weit verbreitete Auswirkungen in der gesamten Gemeinschaft, die oft wichtiger sind als der Effekt, nur einen Teil der Beute zu entfernen, indem sie von den Räubern gefressen werden.

DYANI LEWIS
Also, was sind einige dieser Effekte?

ROBERT WARNERWenn viele Raubtiere in der Nähe sind, entfernen sich die Fische - im Allgemeinen haben wir Fische beobachtet - nicht so weit vom Schutz, wie sie es unter Umständen tun würden, in denen wir sie ohne Raubtiere beobachtet haben. Sie bleiben näher am Haus, sie fressen seltener, weil sie wachsam sind, nach Raubtieren Ausschau halten und wenn man nach Raubtieren Ausschau hält, kann man keine Algen am Boden fressen, man muss sich umschauen . Sie müssen nahe genug sein, um sich von dem Raubtier zu entfernen, wenn es auftaucht. Das klingt natürlich, es klingt wie das, was man von einem Tier in Gegenwart von etwas erwarten würde, das es fressen sollte, aber das Interessante ist die Auswirkung davon. Weniger Fütterung führt zu weniger Fortpflanzung, weniger Fütterung führt zu geringerem Wachstum und so wird der gesamte Energietransfer von allem, was sie gefressen haben, was auch immer diese Beutefische fressen, durch die Nahrungskette verlangsamt. Es sieht im Wesentlichen nach einem Fitnessverlust in dem Sinne aus, dass sich diese Tiere nicht fortpflanzen, sie wachsen nicht so schnell wie zuvor. Auf der anderen Seite gibt es eine Belohnung, sie werden nicht gegessen. Es ist eine andere Situation, das Ökosystem funktioniert anders, einige Prozesse werden verlangsamt, aber so war das System früher überall.

DYANI LEWIS
Es hört sich nach einer schlechten Sache an, aber wenn Sie Raubtiere haben, haben Sie diese Verringerung der Produktivität.

ROBERT WARNER
Rechts. Es ist nicht gerade eine Verringerung der Produktivität, denn die Pflanzen unter der Beute - die Fische - produzieren jetzt immer noch genauso viel oder sogar mehr, weil sie weniger gefressen werden als zuvor. Aber der Transfer durch die Nahrungskette nach oben wird etwas verlangsamt. Es ist immer die Frage, ob eine sehr schnelle Energieübertragung durch eine Nahrungskette gut oder schlecht ist. Es ist eine ethische Frage, die schwer einzuschätzen ist. Es ist eine Situation, die vorher existierte, es ist eine natürlichere Situation - die Existenz vieler trophischer Ebenen, vieler Raubtiere, die Beute fressen oder sogar Beute erschrecken, damit Beute nicht so schnell fressen. So war es früher überall. Ich überlasse es Ihnen zu beurteilen, ob das gut oder schlecht ist oder nicht. Ich genieße es tatsächlich, in Ökosystemen in Küstengemeinden herumzuschwimmen und die Organismen so zu sehen, wie sie früher waren. Die ganze Gemeinde, wie sie einmal war. Das ist wichtig zu wissen, nicht nur aus interessanten Gesichtspunkten wie einem Waldspaziergang, sondern einfach deshalb, weil dies die Bedingungen sind, unter denen sich fast alle diese Organismen entwickelt haben.

DYANI LEWIS
Was hält die Raubtiere in diesen Situationen eigentlich in Schach?

ROBERT WARNER
Vielleicht nichts. Das ist das Interessante daran. Wenn Sie in Gebiete gehen, in denen keine Raubtiere entfernt wurden, gibt es einige der unberührten einzigartigen Gebiete, die es gibt - es gibt noch einige davon. Was Sie sehen und was Forscher der Scripps Institution of Oceanography dokumentiert haben, ist eine sogenannte umgekehrte trophische Pyramide. Das heißt, im Allgemeinen denken wir, oh, es wird viele Pflanzen geben, weniger Tiere, die die Pflanzen fressen, und ein paar Top-Raubtiere, die herumtreiben und diese Beutestücke aufpicken. Aber es ist genau das Gegenteil. Sie sehen eine enorme Anzahl großer Raubtiere. Sie sehen eine große Anzahl von Beutetieren, die sie fressen, und Sie sehen die Pflanzen wie immer. Der Unterschied besteht darin, dass sich die Pflanzen sehr schnell umdrehen. Sie produzieren die ganze Zeit. Diese Energie geht in die nächste trophische Ebene in die Beute über. Sie essen so oft sie wollen und leben relativ lange. Dann können die Raubtiere oben enorm lange leben. Diese Energie rieselt also nach oben und wird im Wesentlichen auf den obersten Ebenen gespeichert. Als der Mensch zum ersten Mal in einem Ökosystem auftauchte, sei es unter Wasser oder über dem Land, sahen sie wahrscheinlich zuerst eine enorme Anzahl großer Tiere. Leider sind wir sehr gut darin, diese aus der Umwelt zu entfernen, und uns bleiben die Ökosysteme, die wir jetzt sowohl an Land als auch im Wasser sehen.

DYANI LEWIS
Selbst in terrestrischen Umgebungen hätte es also eine umgekehrte Pyramide gegeben, meinen Sie?

ROBERT WARNER
Ob diese umgekehrte Pyramide aus vielen großen Fleischfressern bestand, wie sie im Wasser vorkommen, oder aus vielen großen Pflanzenfressern, wie Sie Modelle und Bilder dieser wunderbaren großen Pflanzenfresser gesehen haben, die überall in Australien, Nordamerika herumstreiften. Sie waren groß, und es gab viele von ihnen. Weil sie diese Energie über einen langen Zeitraum speichern konnten und dann haben wir diese Energie abgebaut.

DYANI LEWIS
Das ist ganz nah. Ich bin Dyani Lewis und in dieser Folge sprechen wir mit dem Meeresbiologen Professor Robert Warner über die Rolle von Raubtieren in marinen Ökosystemen. Bob, die Menschen erkennen zunehmend die Bedeutung des Schutzes der Meeresökosysteme durch die Einrichtung von Meeresschutzgebieten. Können sich Raubtiere leicht erholen, wenn ein Reservat eingerichtet wurde?

ROBERT WARNER
Die Antwort ist ja und nein. Wenn Sie aufhören, sie zu töten, wird es sicherlich mehr von ihnen geben und sie können größer werden. Es steht außer Frage, dass die Fischerei zu jüngeren und kleineren Raubtierpopulationen führt. Die vollständige Genesung, d. h. mehr junges Heranwachsen und zunehmende Populationsgröße der Raubtiere, kann länger dauern, einfach weil viele dieser Raubtiere, wie Haie, sich langsam fortpflanzen. Sie wachsen langsam und vermehren sich in großen Paketen. Ein weiblicher Hai legt große Eier oder bringt große Junge zur Welt. Das bedeutet, dass die Wachstumsrate, das Potenzial für eine Zunahme der Population, geringer ist als beispielsweise bei einem großen Fisch, der Tausende oder sogar Millionen von Jungen hervorbringt, die ziemlich schnell heranwachsen können.
DYANI LEWIS
Viele große Raubtiere sind wandernd, sind sie dadurch auch schwerer zu schützen?

ROBERT WARNER
Jawohl. Es ist schwieriger, sie zu schützen, aber es ist nicht unmöglich. Manchmal müssen wir einen Teil des Lebenszyklus schützen, einen Teil der Orte, an denen die Raubtiere vorkommen. Wenn die Raubtiere über große Entfernungen wandern, könnte man die Migrationswege schützen. Aber am wichtigsten ist, dass Sie die Orte schützen, an denen die Reproduktion stattfindet, und viele dieser Migrationen dienen der Reproduktion. Wenn Sie feststellen können, wo sich die Raubtiere versammeln, um sich zu vermehren, so wie Fischer im Laufe der Jahrhunderte dieselben Gebiete identifiziert haben, können Sie, wenn Sie diese Gebiete finden und sie schützen, ein viel besseres Ergebnis erzielen, als nur ein Stück des Ozeans zu schützen, in dem die Raubtiere werden gelegentlich gefunden.

DYANI LEWIS
Trägt die Begrenzung der Fischgröße, die Sie fangen können, damit keine kleinen Fische gefangen werden, dazu bei, dass eine Population nicht bis zum Aussterben gefischt wird?

ROBERT WARNER
Jawohl. Es ist schwer - normale Fische, keine Haie - bis zum Aussterben zu fischen, einfach weil einige wenige Individuen, wie ich bereits erwähnte, viele Junge hervorbringen können. Aber die Zahl der Individuen, die Zahl der Jungen, die ein Fisch hervorbringen kann, steigt exponentiell mit seiner Größe. Daher ist es eine gute Idee, einige der größeren Fische in einer Fischerei zu erhalten, da Sie dann viele Rekrutierungen erzielen können. Das heißt, die Rückkehr der Jungen in die Bevölkerung. Angelbeschränkungen wurden in der Vergangenheit oft so festgelegt, dass man nichts unter einer bestimmten Größe mitnehmen darf. Das ist in Ordnung, außer dass diese Größenbeschränkung oft nur bei der Größe der Reife festgelegt wurde. Wenn die Fischerei sehr effizient wäre, würden nur noch Fische übrig bleiben, die sich noch nicht fortpflanzen können. Eine effizientere Methode, und das sehen wir immer häufiger, sind Slot-Limits, das heißt, nimm nicht den kleinsten Fisch, aber auch nicht den größten Fisch. Das lässt einige dieser großen Fische, die eine sehr, sehr hohe Fruchtbarkeit haben oder viele Junge produzieren, immer noch da, um die Population wieder aufzufüllen.

DYANI LEWIS
Der Mensch ist jedoch sehr gut darin, Arten zum Aussterben zu bringen. In den Fällen, in denen ein Raubtier aussterbt, vielleicht nur in einem Riff, ist es ethisch vertretbar, es aus einem anderen Gebiet der Welt zu fangen und zurückzubringen, können Sie diese Art von Wiederansiedlungen durchführen?

ROBERT WARNER
Du könntest, brauchst du wahrscheinlich auch nicht. Denn eines der Hauptmerkmale mariner Arten ist die Tatsache, dass sie nicht nur diese kleinen, kleinen Jungen, viele, viele kleine Jungen haben, sondern diese kleinen Jungen verbringen einen Teil der Zeit oben in der Wassersäule und treiben im pelagischen Reich. Sie sind im Wesentlichen Teil des Planktons. Das bedeutet, dass sie das Potenzial haben, große Entfernungen zurückzulegen, bevor sie sich nach manchmal Wochen, manchmal Monaten im Wasser niederlassen. Sie können sich dann in einem geeigneten Lebensraum an einem Riff niederlassen, an dem sie aufwachsen und erwachsen werden können. Die Tatsache, dass diese Tiere als sehr kleine Junge weite Strecken zurücklegen können, bedeutet, dass selbst wenn es zu einem lokalen Aussterben kommt , wenn Sie den Prozess stoppen, der zu diesem lokalen Aussterben geführt hat, und warten, normalerweise nicht zu lange, können Sie Rekrutierung erhalten. Sie können Einzelpersonen zurückholen, die dort ankommen. Sie müssen Erwachsene nicht von woanders in diese Umgebung transportieren. Sie warten nur und die Jungen werden erscheinen, wenn Sie Glück haben und die meiste Zeit ist dies der Fall. Es gibt eine Menge Konnektivität, d. h. Verbindungen zwischen Populationen, bei marinen Arten. Aber das funktioniert nur bei den Arten, die sehr kleine pelagische Junge haben, die im Wasser treiben können.Dinge wie Haie, Dinge wie Meeressäuger, Schildkröten, Tiere mit großen Jungen haben diese Ausbreitungsphase nicht und in einer solchen Situation müssen Sie möglicherweise andere Maßnahmen ergreifen.

DYANI LEWIS
Aber es scheint eine eingebaute Widerstandsfähigkeit zu geben, die nicht unbedingt die gleiche ist wie die terrestrischen Umgebungen?

ROBERT WARNER
Das ist sehr richtig. Tatsache ist, dass die meisten Meeresorganismen, wahrscheinlich etwa 90 Prozent, einen Lebenszyklus haben, der die Produktion vieler sehr kleiner Junge beinhaltet, die sich ausbreiten können, und so haben einige Individuen das Potenzial, zumindest große Gebiete wieder zu besiedeln. An Land geht das einfach nicht, ein ganz kleines winziges Jungtier würde austrocknen und sterben. So produzieren Landpflanzen und Landtiere alle ziemlich große Junge und haben daher eine langsamere Reproduktionsrate, ein größeres Risiko des lokalen Aussterbens und eine langsamere Erholungsrate in einem Gebiet.

DYANI LEWIS
Ich bin Dyani Lewis und mein heutiger Gast ist der Meeresökologe Professor Robert Warner. Wir sprechen hier bei Up Close.Bob über den Meeresschutz und die Rolle von Raubtieren. Beabsichtigen wir, zu unberührten Umgebungen zurückzukehren, wie die, von denen Sie sagten, dass sie jetzt nur noch sehr selten sind?

ROBERT WARNER
Das ist eine gute Frage und es ist tatsächlich eine Frage, die ich nicht konkret beantworten kann. Was ich Ihnen sagen kann, ist, was der Staat unter verschiedenen Formen des Schutzes sein könnte. Sagen wir, wir hören auf zu fischen, wir können bis zu einem gewissen Grad vorhersagen, wie die Umwelt danach aussehen wird. Wir können nicht zu den ursprünglichen Bedingungen zurückkehren, denn wie Sie bereits erwähnt haben, gab es einige Aussterben. Wir können diese Organismen einfach nicht ersetzen, aber es gab tatsächlich relativ wenige Aussterben in der Meeresumwelt und so können wir uns der Vergangenheit nähern. Jetzt stellt sich mir immer die Frage, ist es das, was wir wollen? Wenn wir überall zu einem völlig makellosen Zustand zurückkehren und wollen, dass dies so bleibt, einen nachhaltig makellosen Zustand wollen, könnten wir kein Protein aus dieser Umgebung entfernen und für den menschlichen Verzehr verwenden. Derzeit stammt etwa ein Drittel des weltweiten Proteinverbrauchs aus Küstengewässern. Das Ziel kann also nicht darin bestehen, eine nachhaltig unberührte Umwelt zu schaffen, die Antwort könnte darin bestehen, sie zu einer sehr produktiven - nachhaltig produktiven Umwelt, zumindest in einigen Gebieten, wiederherzustellen, was die Fischerei eher verbessern als verhindern würde. In anderen Bereichen müssen sie vielleicht groß genug sein, um alle gewünschten Organismen aufzunehmen. Aber in anderen Gebieten kompletter Schutz, damit wir sehen können, wie die Wildnis früher aussah. Aber es liegt an Ihnen, es ist eher eine ethische und eine politische Entscheidung als eine einzige wissenschaftliche Antwort.

DYANI LEWIS
Sind die unberührten Umgebungen der einzige Weg, um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie marine Ökosysteme in der Vergangenheit aussahen?

ROBERT WARNER
Nun, wir können raten und wir können forschen, wir können etwas tun, das man historische Ökologie nennt, und das heißt, alle Beweise dafür zu verwenden, dass wir sehen müssen, wie die Ozeane waren, bevor es Menschen gab. Bei einigen dieser Übungen haben wir einige faszinierende Dinge entdeckt, unter anderem scheint es unmöglich zu sein, dass es so viele große Raubtiere gibt, und dann fanden wir heraus, dass es tatsächlich stimmt, als wir in einige dieser noch unberührten Umgebungen gingen. Aber Sie können versuchen, das, was da war, nachzubilden, indem Sie einfach jedes Beweisstück verwenden, das Sie von Müllhaufen haben, das sind alte Müllhaufen von Menschen, die ursprünglich in Küstengebieten lebten. Sie können Fischerstämme verwenden, Sie können Kolumbus' Log verwenden, das haben wir auch verwendet. Berichte von Reisenden in Gebiete, die noch nicht viel von Menschen betroffen waren und die Berichte über riesige Ansammlungen von - unglaublich großen Ansammlungen von Tieren. Also ja, wir können diese Art von Informationen zusammentragen und erraten, wie die Umgebung war. Aber vielleicht ist es eines der befriedigendsten Dinge, dann in eine unberührte Umgebung zu gehen und zu sehen, ob wir Recht hatten. Aber es gibt nur sehr wenige Orte wie diese.

DYANI LEWIS
Fischen ist bei weitem nicht die einzige menschliche Aktivität, die sich auf die Meeresökosysteme auswirkt. Was ist mit Effekten, die von unten nach oben passieren? Anstatt von oben nach unten, Dinge wie Umweltverschmutzung oder erhöhte Sedimente durch Baggerarbeiten und solche Auswirkungen?

ROBERT WARNER
Richtig, die sind manchmal leichter zu kontrollieren. Nochmals, es ist immer eine wirtschaftliche Entscheidung, wenn Sie diese Art von menschlicher Aktivität einstellen, bekommen wir das in den Ozean. Lohnt es sich, damit aufzuhören? Das muss ein Manager oder ein Politiker oder das Volk entscheiden. Aber diese können kontrolliert werden und Sie können oft sehr schnell reagieren, es sei denn, die Umgebung wurde schrecklich geschädigt und es kann lange dauern oder es könnte unmöglich sein, sie wieder herzustellen. Die anderen Veränderungen, globalere Veränderungen, sind diejenigen, die schwerer zu kontrollieren und die Auswirkungen schwerer vorherzusagen sind. Es gibt also viele Wissenschaftler, die versuchen, die biologischen Reaktionen auf Umweltveränderungen vorherzusagen. Es ist schwierig, dies zu tun, da diese Organismen noch nie zuvor einer solchen Umgebung ausgesetzt waren. Es wird keine plötzliche Veränderung geben, wir werden den Säuregehalt der Ozeane langsam erhöhen. Wir werden die Temperatur der Ozeane langsam erhöhen und die eigentliche Frage, mit der sich viele von uns derzeit beschäftigen, ist, können Organismen mithalten? Anpassung ist eine reale Sache, entweder innerhalb des Lebens eines Organismus, sich an etwas zu gewöhnen und sich angemessen zu verhalten, genau wie wir über Risiken und Beute gesprochen haben, und im Laufe der Zeit durch evolutionäre Anpassung. Die eigentliche Frage ist, ob angesichts der Geschwindigkeit der Veränderungen und der Anpassungsfähigkeit der Tiere genügend Zeit bleibt oder nicht?

DYANI LEWIS
Gibt es eine Möglichkeit herauszufinden, ob Raubtiere besonders anfällig für diese Art von Veränderungen sind? Oder werden alle Arten flächendeckend betroffen sein?

ROBERT WARNER
Richtig, alle Arten werden betroffen sein, keine Frage. Raubtiere sind in einer etwas prekäreren Position, weil sie am Ende der Nahrungskette stehen. Sie hängen also von einer Kette von Organismen ab, von Pflanzen, die Dinge produzieren, bis zu Dingen, die die Pflanzen fressen usw. Alles, was innerhalb dieser Kette passiert, wird sie dann beeinflussen. Sie sind also ein bisschen wie am Ende des Zuges und wenn der Zug anfängt, herumzupeitschen, könntest du am Ende einen größeren Effekt haben. Das andere Problem bei vielen Raubtieren, insbesondere bei Schildkröten, wie Haien, wie große Meeressäuger, ist, dass sie sich langsam vermehren. Bei einer längeren Generationszeit passt man sich nicht so schnell an. Sie können also verletzlich sein, einfach aus der Sicht der Lebensgeschichte. Anfälliger als beispielsweise ein planktonischer Organismus, der eine Lebensdauer von ein oder zwei Tagen hat.

DYANI LEWIS
Was passiert außerhalb der Riffe weiter draußen im tieferen Ozean?

ROBERT WARNER
Ja, Sie wissen, dass in den tieferen Ozeanen nicht so viel Arbeit geleistet wird, einfach weil das Protein, das wir extrahieren, die Fischerei, in flacheren Gewässern beteiligt ist. Es gibt einige Tiefseefischereien, die Tiere auf den Gipfeln von Seamounts und in ziemlich tiefem Wasser fangen, aber die meisten Fischereien konzentrieren sich auf flaches Wasser, einfach weil dort das Sonnenlicht eindringt, dort die Pflanzen wachsen und das die Basis der Nahrungskette.Die Tiefe des Wassers im Hinblick auf die Zukunft der nächsten hundert Jahre ist besorgniserregend, aber interessanterweise könnte das tiefe Wasser ein Modell dafür sein, was der flachere Ozean in Zukunft sein wird. Einfach weil tiefes Wasser schon saurer ist, ist es sicher nicht wärmer, aber es ist saurer. Wir sehen eine ganze Reihe von Anpassungen von Organismen in der Tiefsee an die sauren Bedingungen. Dies gibt uns tatsächlich etwas Hoffnung, dass die gleiche Art von Anpassungen in Flachwasserorganismen beginnen könnten.

DYANI LEWIS
Bob Warner, vielen Dank, dass Sie heute unser Gast bei Up Close sind.

ROBERT WARNER
Bitte schön danke schön.

DYANI LEWIS
Robert Warner ist Forschungsprofessor für Meeresbiologie am Department of Ecology, Evolution and Marine Biology der University of California, Santa Barbara.


Inhalt

Das scheinbar schnelle Auftauchen von Fossilien in den "Primordial Strata" wurde von William Buckland in den 1840er Jahren [14] und in seinem Buch von 1859 festgestellt Zur Entstehung der Artendiskutierte Charles Darwin den damals unerklärlichen Mangel an früheren Fossilien als eine der Hauptschwierigkeiten seiner Abstammungstheorie mit langsamer Modifikation durch natürliche Selektion. [15] Das seit langem andauernde Rätsel um das Auftreten der kambrischen Fauna, scheinbar abrupt, ohne Vorläufer, konzentriert sich auf drei Schlüsselpunkte: ob es während des frühen Kambriums wirklich eine massenhafte Diversifizierung komplexer Organismen über einen relativ kurzen Zeitraum gegeben hat einen so schnellen Wandel verursacht haben könnte und was dies über den Ursprung des tierischen Lebens bedeuten würde. Die Interpretation ist aufgrund des begrenzten Beweismaterials schwierig, das hauptsächlich auf unvollständigen Fossilien und chemischen Signaturen in kambrischen Gesteinen basiert.

Die ersten entdeckten kambrischen Fossilien waren Trilobiten, die 1698 von Edward Lhuyd, dem Kurator des Oxford Museums, beschrieben wurden. [16] Obwohl ihre evolutionäre Bedeutung nicht bekannt war, erkannte William Buckland (1784–1856) aufgrund ihres hohen Alters dies Um die Basis dessen, was wir heute das Kambrium nennen, hatte sich ein dramatischer Sprung im Fossilienbestand ereignet. [14] Geologen des 19. Jahrhunderts wie Adam Sedgwick und Roderick Murchison verwendeten die Fossilien zur Datierung von Gesteinsschichten, insbesondere zur Feststellung des Kambriums und des Silurs. [17] Bis 1859 waren führende Geologen, darunter Roderick Murchison, davon überzeugt, dass das, was damals als die unterste silurische Schicht bezeichnet wurde, den Ursprung des Lebens auf der Erde zeigte, obwohl andere, darunter Charles Lyell, anderer Meinung waren. In Zur Entstehung der Arten, betrachtete Charles Darwin dieses plötzliche Auftauchen einer einsamen Gruppe von Trilobiten ohne erkennbare Vorläufer und das Fehlen anderer Fossilien als "zweifellos von der schwerwiegendsten Natur" unter den Schwierigkeiten in seiner Theorie der natürlichen Auslese. Er argumentierte, dass frühere Meere von Lebewesen wimmelten, ihre Fossilien jedoch aufgrund der Unvollkommenheiten des Fossilienbestands nicht gefunden worden waren. [15] In der sechsten Auflage seines Buches betonte er sein Problem weiter als: [18]

Auf die Frage, warum wir keine reichen fossilen Ablagerungen aus diesen angenommenen frühesten Perioden vor dem Kambrium finden, kann ich keine befriedigende Antwort geben.

Der amerikanische Paläontologe Charles Walcott, der die Fauna des Burgess-Schiefers untersuchte, schlug vor, dass ein Zeitintervall, das "Lipalian", im Fossilienbestand nicht vertreten war oder keine Fossilien konservierte, und dass sich die Vorfahren der kambrischen Tiere während dieser Zeit entwickelten. [19]

Seitdem wurden frühere Fossilien gefunden. Die früheste Behauptung ist, dass die Geschichte des Lebens auf der Erde 3,850 Millionen Jahre zurückreicht: [20] Gesteine ​​dieses Alters in Warrawoona, Australien, enthielten angeblich fossile Stromatolithen, stumpfe Säulen, die von Kolonien von Mikroorganismen gebildet wurden. Fossilien (Grypania) komplexer eukaryotischer Zellen, aus denen alle Tiere, Pflanzen und Pilze aufgebaut sind, wurden vor 1400 Millionen Jahren in Gesteinen in China und Montana gefunden. Gesteine ​​aus der Zeit vor 580 bis 543 Millionen Jahren enthalten Fossilien der Ediacara-Biota, Organismen, die so groß sind, dass sie wahrscheinlich vielzellig sind, aber ganz anders als alle modernen Organismen. [21] Im Jahr 1948 argumentierte Preston Cloud, dass im frühen Kambrium eine Periode „eruptiver“ Evolution stattgefunden habe, [22] aber noch in den 1970er Jahren gab es keine Anzeichen dafür, wie die „relativ“ modern aussehenden Organismen des Mittleren und das späte Kambrium entstand. [21]

Das intensive moderne Interesse an dieser "kambrischen Explosion" wurde durch die Arbeit von Harry B. Whittington und Kollegen geweckt, die in den 1970er Jahren viele Fossilien aus dem Burgess-Schiefer neu analysierten und zu dem Schluss kamen, dass einige so komplex waren wie alle anderen, sich aber von ihnen unterschieden lebende Tiere. [23] [24] Der häufigste Organismus, Marrella, war eindeutig ein Arthropode, aber kein Mitglied einer bekannten Arthropodenklasse. Organismen wie der Fünfäugige Opabinien und stachelige Nacktschnecken Wiwaxia waren so anders als alles andere, was bekannt war, dass Whittingtons Team annahm, dass sie unterschiedliche Stämme repräsentieren mussten, die anscheinend nichts mit irgendetwas zu tun hatten, das heute bekannt ist. Stephen Jay Goulds populärer Bericht von 1989 über dieses Werk, Wundervolles Leben, [25] brachte die Angelegenheit an die Öffentlichkeit und warf Fragen auf, was die Explosion darstellte. Obwohl sie sich in Details erheblich unterschieden, schlugen sowohl Whittington als auch Gould vor, dass alle modernen Tierstämme in einer ziemlich kurzen geologischen Zeitspanne fast gleichzeitig erschienen waren. Diese Sichtweise führte zur Modernisierung von Darwins Lebensbaum und der Theorie des unterbrochenen Gleichgewichts, die Eldredge und Gould in den frühen 1970er Jahren entwickelten und die Evolution als lange Intervalle von Beinahe-Stasis betrachtet, die von kurzen Perioden raschen Wandels „unterbrochen“ sind. [26]

Andere Analysen, einige neueren und einige aus den 1970er Jahren, argumentieren, dass sich komplexe Tiere, die den modernen Arten ähneln, lange vor dem Beginn des Kambriums entwickelt haben. [27] [28] [29]

Dating the Cambrian Bearbeiten

Radiometrische Daten für einen Großteil des Kambriums, die durch die Analyse radioaktiver Elemente in Gesteinen gewonnen wurden, sind erst seit kurzem verfügbar, und zwar nur für einige Regionen.

Relatives Dating (EIN war vorher B) wird oft als ausreichend angesehen, um Evolutionsprozesse zu untersuchen, aber auch dies war schwierig, da es schwierig ist, Gesteine ​​gleichen Alters auf verschiedenen Kontinenten zuzuordnen. [30]

Daher sollten Daten oder Beschreibungen von Ereignisfolgen mit einiger Vorsicht betrachtet werden, bis bessere Daten verfügbar sind.

Körperfossilien Bearbeiten

Fossilien der Körper von Organismen sind normalerweise die aussagekräftigste Art von Beweisen. Versteinerung ist ein seltenes Ereignis, und die meisten Fossilien werden durch Erosion oder Metamorphose zerstört, bevor sie beobachtet werden können. Daher ist der Fossilienbestand sehr unvollständig, und zwar zunehmend, wenn man frühere Zeiten betrachtet. Trotzdem reichen sie oft aus, um die breiteren Muster der Lebensgeschichte zu veranschaulichen. [31] Auch im Fossilienbestand gibt es Verzerrungen: Verschiedene Umgebungen sind für die Erhaltung verschiedener Arten von Organismen oder Teilen von Organismen günstiger. [32] Außerdem sind meist nur die Teile von Organismen erhalten, die bereits mineralisiert waren, wie zum Beispiel die Schalen von Weichtieren. Da die meisten Tierarten einen weichen Körper haben, zerfallen sie, bevor sie versteinern können. Als Ergebnis sind, obwohl mehr als 30 Stämme lebender Tiere bekannt sind, zwei Drittel nie als Fossilien gefunden worden. [21]

Der Fossilienbestand des Kambriums umfasst eine ungewöhnlich hohe Anzahl von Lagerstätten, die Weichgewebe erhalten. Diese ermöglichen es Paläontologen, die innere Anatomie von Tieren zu untersuchen, die in anderen Sedimenten nur durch Muscheln, Stacheln, Krallen usw. dargestellt werden – wenn sie überhaupt erhalten sind. Die bedeutendsten kambrischen Lagerstätten sind die frühkambrischen Maotianshan-Schieferschichten von Chengjiang (Yunnan, China) und Sirius Passet (Grönland) [33] der mittelkambrische Burgess-Schiefer (British Columbia, Kanada) [34] und der spätkambrische Orsten (Schweden) fossile Betten.

Lagerstätten bewahren zwar weit mehr als den konventionellen Fossilienbestand, sind aber noch lange nicht vollständig. Da Lagerstätten auf ein enges Umfeld beschränkt sind (wo Weichkörper sehr schnell erhalten werden können, z. [35] Darüber hinaus sind die bekannten kambrischen Lagerstätten selten und schwer zu datieren, während die präkambrischen Lagerstätten noch im Detail untersucht werden müssen.

Aufgrund der spärlichen Fossilienbestände existieren Organismen in der Regel lange bevor sie im Fossilienbestand gefunden werden – dies wird als Signor-Lipps-Effekt bezeichnet. [36]

Im Jahr 2019 wurde ein „beeindruckender“ Fund von Lagerstätten, bekannt als Qingjiang-Biota, aus dem Danshui-Fluss in der Provinz Hubei, China, gemeldet. Mehr als 20.000 Fossilien wurden gesammelt, darunter viele Weichkörpertiere wie Quallen, Seeanemonen und Würmer sowie Schwämme, Gliederfüßer und Algen. Bei einigen Exemplaren waren die inneren Körperstrukturen so gut erhalten, dass Weichteile wie Muskeln, Kiemen, Münder, Eingeweide und Augen sichtbar sind. Die Überreste wurden auf etwa 518 Mya datiert und etwa die Hälfte der zum Zeitpunkt der Meldung identifizierten Arten war bisher unbekannt. [37] [38] [39]

Spuren von Fossilien Bearbeiten

Spurenfossilien bestehen hauptsächlich aus Spuren und Höhlen, aber auch Koprolithen (fossiler Kot) und Spuren von Nahrungsaufnahme. [40] [41] Spurenfossilien sind von besonderer Bedeutung, weil sie eine Datenquelle darstellen, die nicht auf Tiere mit leicht versteinerbaren Hartteilen beschränkt ist und das Verhalten von Organismen widerspiegelt. Außerdem stammen viele Spuren von deutlich früheren Körperfossilien von Tieren, von denen angenommen wird, dass sie in der Lage waren, sie herzustellen. [42] Während eine genaue Zuordnung von Spurenfossilien zu ihren Herstellern im Allgemeinen unmöglich ist, können Spuren beispielsweise den frühesten physischen Beweis für das Auftreten von mäßig komplexen Tieren (vergleichbar mit Regenwürmern) liefern. [41]

Geochemische Beobachtungen Bearbeiten

Mehrere chemische Marker weisen auf eine drastische Veränderung der Umwelt um den Beginn des Kambriums hin. Die Marker stehen im Einklang mit einem Massenaussterben [43] [44] oder mit einer massiven Erwärmung durch die Freisetzung von Methaneis. [45] Solche Veränderungen können eine Ursache der kambrischen Explosion widerspiegeln, obwohl sie möglicherweise auch auf eine erhöhte biologische Aktivität zurückzuführen sind – ein mögliches Ergebnis der Explosion. [45] Trotz dieser Unsicherheiten helfen die geochemischen Beweise, indem sie Wissenschaftler dazu bringen, sich auf Theorien zu konzentrieren, die mit mindestens einer der wahrscheinlichen Umweltveränderungen vereinbar sind.

Phylogenetische Techniken Bearbeiten

Die Kladistik ist eine Technik zur Erarbeitung des "Stammbaums" einer Reihe von Organismen. Es funktioniert nach der Logik, dass, wenn die Gruppen B und C mehr Ähnlichkeiten miteinander haben als eine der beiden mit Gruppe A, B und C enger miteinander verwandt sind als beide mit A. Die verglichenen Merkmale können anatomisch sein, wie das Vorhandensein einer Chorda notochord oder molekular, durch Vergleichen von DNA- oder Proteinsequenzen. Das Ergebnis einer erfolgreichen Analyse ist eine Hierarchie von Kladen – Gruppen, von denen angenommen wird, dass sie einen gemeinsamen Vorfahren haben. Die kladistische Technik ist manchmal problematisch, da sich einige Merkmale wie Flügel oder Kameraaugen mehr als einmal konvergent entwickelt haben – dies muss bei Analysen berücksichtigt werden.

Aus den Beziehungen kann möglicherweise das Datum eingeschränkt werden, an dem die Abstammungslinien zum ersten Mal auftraten.Wenn zum Beispiel Fossilien von B oder C vor X Millionen Jahren datieren und der berechnete "Stammbaum" sagt, dass A ein Vorfahre von B und C war, dann muss sich A vor mehr als X Millionen Jahren entwickelt haben.

Es ist auch möglich abzuschätzen, wie lange es her ist, dass zwei lebende Kladen auseinandergegangen sind – also wie lange ihr letzter gemeinsamer Vorfahre gelebt haben muss –, indem angenommen wird, dass sich DNA-Mutationen mit einer konstanten Rate anhäufen. Diese "molekularen Uhren" sind jedoch fehlbar und liefern nur ein sehr ungefähres Timing: Sie sind nicht genau und zuverlässig genug, um abzuschätzen, wann sich die Gruppen, die in der kambrischen Explosion vorkommen, zum ersten Mal entwickelten, [46] und die Schätzungen, die von verschiedenen Techniken erstellt wurden, variieren um den Faktor zwei. [47] Die Uhren können jedoch einen Hinweis auf die Verzweigungsrate geben, und wenn sie mit den Einschränkungen des Fossilienbestands kombiniert werden, deuten neuere Uhren auf eine anhaltende Diversifizierung durch das Ediacarium und das Kambrium hin. [48]

  • = Abstiegslinien
  • = Basalknoten
  • = Kronenknoten
  • = Gesamtgruppe
  • = Kronengruppe
  • = Stammgruppe

Stamm Bearbeiten

Ein Phylum ist die höchste Ebene im Linnéischen System zur Klassifizierung von Organismen. Phyla kann man sich als Gruppierung von Tieren vorstellen, die auf einem allgemeinen Körperplan basieren. [50] Trotz des scheinbar unterschiedlichen äußeren Erscheinungsbildes von Organismen werden sie aufgrund ihrer inneren und Entwicklungsorganisation in Stämme eingeteilt. [51] Zum Beispiel gehören Spinnen und Seepocken trotz ihrer offensichtlichen Unterschiede beide zum Stamm Arthropoda, aber Regenwürmer und Bandwürmer gehören trotz ihrer ähnlichen Form zu verschiedenen Stämmen. Da chemische und genetische Tests genauer werden, werden früher vermutete Stämme oft vollständig überarbeitet.

Ein Stamm ist keine grundlegende Einteilung der Natur, wie etwa der Unterschied zwischen Elektronen und Protonen. Es ist einfach eine sehr hochrangige Gruppierung in einem Klassifikationssystem, das geschaffen wurde, um alle derzeit lebenden Organismen zu beschreiben. Dieses System ist selbst für moderne Tiere unvollkommen: Verschiedene Bücher zitieren unterschiedliche Anzahlen von Stämmen, hauptsächlich weil sie sich über die Klassifizierung einer großen Anzahl wurmähnlicher Arten nicht einig sind. Da es auf lebenden Organismen basiert, nimmt es ausgestorbene Organismen nicht oder nur schlecht auf. [21] [52]

Stammgruppe Bearbeiten

Das Konzept der Stammgruppen wurde eingeführt, um evolutionäre "Tanten" und "Cousinen" von lebenden Gruppen abzudecken, und wurde basierend auf dieser wissenschaftlichen Theorie angenommen. Eine Kronengruppe ist eine Gruppe eng verwandter lebender Tiere plus ihrem letzten gemeinsamen Vorfahren plus all ihren Nachkommen. Eine Stammgruppe ist eine Reihe von Ablegern der Abstammungslinie zu einem früheren Zeitpunkt als der letzte gemeinsame Vorfahre der Kronengruppe ) betrachteten sie auch als eine Stammgruppe im Vergleich zu den Arthropoden. [49] [53]

Triploblastik Bearbeiten

Der Begriff Triploblastik bedeutet aus drei Schichten bestehend, die im Embryo schon früh in der Entwicklung des Tieres vom einzelligen Ei zur Larve oder juvenilen Form gebildet werden. Die innerste Schicht bildet den Verdauungstrakt (Darm), die äußerste die Haut und die mittlere die Muskeln und alle inneren Organe außer dem Verdauungssystem. Die meisten lebenden Tierarten sind triploblastisch – die bekanntesten Ausnahmen sind Porifera (Schwämme) und Nesseltiere (Quallen, Seeanemonen etc.).

Bilaterale Bearbeiten

Die Bilaterier sind Tiere, die irgendwann in ihrer Lebensgeschichte eine rechte und eine linke Seite haben. Dies impliziert, dass sie obere und untere Oberflächen und, was wichtig ist, unterschiedliche vordere und hintere Enden aufweisen. Alle bekannten doppelseitigen Tiere sind triploblastisch, und alle bekannten triploblastischen Tiere sind doppelseitig. Lebende Stachelhäuter (Seesterne, Seeigel, Seegurken usw.) "sehen" eher radialsymmetrisch (wie Räder) als zweiseitig aus, aber ihre Larven weisen eine bilaterale Symmetrie auf und einige der frühesten Stachelhäuter waren möglicherweise bilateral symmetrisch. [54] Porifera und Cnidaria sind radiärsymmetrisch, nicht bilaterisch und nicht triploblastisch.

Coelomate Bearbeiten

Der Begriff Coelomat bedeutet, eine Körperhöhle (Zölom) zu haben, die die inneren Organe enthält. Die meisten der Stämme, die in der Debatte über die kambrische Explosion vorgestellt wurden [ Klärung nötig ] sind Coelomaten: Arthropoden, Ringelwürmer, Weichtiere, Stachelhäuter und Chordates – die nicht-coelomaten Priapuliden sind eine wichtige Ausnahme. Alle bekannten coelomaten Tiere sind triploblastische Bilaterier, aber einige triploblastische Bilaterier haben kein Zölom – zum Beispiel Plattwürmer, deren Organe von unspezialisiertem Gewebe umgeben sind.

Die phylogenetische Analyse wurde verwendet, um die Ansicht zu unterstützen, dass sich während der kambrischen Explosion Metazoen (mehrzellige Tiere) monophyletisch aus einem einzigen gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben: begeißelte Kolonialprotisten, die den modernen Choanoflagellaten ähneln. [ Zitat benötigt ]

Beweise für Tiere vor etwa 1 Milliarde Jahren Bearbeiten

Veränderungen in der Häufigkeit und Vielfalt einiger Fossilienarten wurden als Beweis für "Angriffe" von Tieren oder anderen Organismen interpretiert. Stromatolithen, stumpfe Säulen, die von Kolonien von Mikroorganismen gebaut wurden, sind ein wichtiger Bestandteil des Fossilienbestands von vor etwa 2.700 Millionen Jahren, aber ihre Häufigkeit und Vielfalt nahm nach etwa 1.250 Millionen Jahren stark ab. Dieser Rückgang wurde auf Störungen durch grasende und grabende Tiere zurückgeführt. [27] [28] [55]

Die präkambrische Meeresvielfalt wurde von kleinen Fossilien dominiert, die als Akritarchen bekannt sind. Dieser Begriff beschreibt fast jedes kleine Fossil mit organischen Wänden – von den Eihüllen kleiner Metazoen bis hin zu ruhenden Zysten vieler verschiedener Arten von Grünalgen. Nachdem sie vor etwa 2.000 Millionen Jahren aufgetaucht waren, erlebten Acritarchen vor etwa 1.000 Millionen Jahren einen Boom, der an Fülle, Vielfalt, Größe, Komplexität der Form und insbesondere an Größe und Anzahl der Dornen zunahm. Ihre zunehmend stacheligen Formen in den letzten 1 Milliarde Jahren können auf einen erhöhten Bedarf an Verteidigung gegen Raubtiere hinweisen. Andere Gruppen kleiner Organismen aus dem Neoproterozoikum zeigen ebenfalls Anzeichen einer Anti-Prädator-Abwehr. [55] Eine Betrachtung der Langlebigkeit von Taxonen scheint eine Zunahme des Prädationsdrucks zu dieser Zeit zu unterstützen. [56] Im Allgemeinen zeigt der Fossilienbestand ein sehr langsames Auftreten dieser Lebensformen im Präkambrium, wobei viele Cyanobakterien-Spezies einen Großteil des darunter liegenden Sediments ausmachen. [57]

Fossilien der Doushantuo-Formation Bearbeiten

Die etwa 580 Millionen Jahre alten Schichten der Doushantuo-Formation [58] beherbergen mikroskopische Fossilien, die frühe Bilaterier darstellen könnten. Einige wurden als tierische Embryonen und Eier beschrieben, obwohl einige die Überreste von Riesenbakterien darstellen können. [59] Ein weiteres Fossil, Vernanimalcula, wurde als Coelomat-Bilateria interpretiert, [60] kann aber einfach eine gefüllte Blase sein. [61]

Diese Fossilien bilden im Gegensatz zu anderen Raubtieren den frühesten harten Beweis für Tiere. [59] [62]

Höhlen Bearbeiten

Die Spuren von Organismen, die sich auf und direkt unter den mikrobiellen Matten bewegen, die den Meeresboden von Ediacara bedeckten, sind aus der Ediacara-Zeit vor etwa 565 Millionen Jahren erhalten. [c] Sie wurden wahrscheinlich von Organismen hergestellt, die in Form, Größe und Bewegungsart Regenwürmern ähneln. Die Bauarbeiter wurden nie konserviert gefunden, aber weil sie einen Kopf und einen Schwanz brauchten, hatten die Bauarbeiter wahrscheinlich eine bilaterale Symmetrie – was sie aller Wahrscheinlichkeit nach zu zweiseitigen Tieren machen würde. [65] Sie ernährten sich über der Sedimentoberfläche, waren jedoch gezwungen, sich zu graben, um Raubtieren auszuweichen. [66]

Um den Beginn des Kambriums (vor etwa 542 Millionen Jahren) treten erstmals viele neue Arten von Spuren auf, darunter bekannte vertikale Höhlen wie Diplomat und Skolithosund Spuren, die normalerweise Arthropoden zugeschrieben werden, wie z Cruziana und Rusophycus. Die vertikalen Höhlen weisen darauf hin, dass wurmähnliche Tiere neue Verhaltensweisen und möglicherweise neue körperliche Fähigkeiten erworben haben. Einige kambrische Spurenfossilien weisen darauf hin, dass ihre Hersteller harte Exoskelette besaßen, obwohl sie nicht unbedingt mineralisiert waren. [64]

Erdhöhlen liefern eindeutige Beweise für komplexe Organismen, sie sind auch viel leichter zu konservieren als Körperfossilien, insofern als das Fehlen von Spurenfossilien verwendet wurde, um das echte Fehlen großer, beweglicher, am Boden lebender Organismen zu implizieren. [ Zitat benötigt ] Sie liefern einen weiteren Beweis dafür, dass die kambrische Explosion eine echte Diversifizierung darstellt und kein konservierendes Artefakt ist. [67]

Diese neue Gewohnheit veränderte die Geochemie des Meeresbodens und führte zu einem verringerten Sauerstoffgehalt im Ozean und einem erhöhten CO2-Gehalt in den Meeren und der Atmosphäre, was zu einer globalen Erwärmung für mehrere zehn Millionen Jahre führte und für das Massensterben verantwortlich sein könnte. [68] Aber als sich das Graben etablierte, ermöglichte es eine eigene Explosion, denn als Grabungsarbeiter den Meeresboden aufwirbelten, belüfteten sie ihn und mischten Sauerstoff in den giftigen Schlamm. Dies machte die Bodensedimente gastfreundlicher und ermöglichte einer breiteren Palette von Organismen, sie zu bewohnen – wodurch neue Nischen und Spielraum für eine höhere Diversität geschaffen wurden. [67]

Ediacara-Organismen Bearbeiten

Zu Beginn der Ediacara-Periode starb ein Großteil der Acritarchenfauna, die Hunderte von Millionen Jahren relativ unverändert geblieben war, aus und wurde durch eine Reihe neuer, größerer Arten ersetzt, die sich als weitaus vergänglicher erweisen sollten. [57] Auf diese Strahlung, die erste im Fossilienbestand, [57] folgt kurz darauf eine Reihe unbekannter, großer Fossilien, die als Ediacara-Biota [69] bezeichnet werden und 40 Millionen Jahre lang bis zum Beginn des Kambriums blühten. [70] Die meisten dieser "Ediacara-Biota" waren mindestens einige Zentimeter lang, deutlich größer als alle früheren Fossilien. Die Organismen bilden drei verschiedene Ansammlungen, die im Laufe der Zeit an Größe und Komplexität zunehmen. [71]

Viele dieser Organismen waren ganz anders als alles, was vorher oder nachher aufgetaucht war, und ähnelten Scheiben, mit Schlamm gefüllten Taschen oder gesteppten Matratzen – ein Palæontologe schlug vor, dass die seltsamsten Organismen als separates Königreich, Vendozoa, klassifiziert werden sollten. [72]

Zumindest einige könnten frühe Formen des Stammes im Mittelpunkt der Debatte um die "kambrische Explosion" gewesen sein, [ Klärung nötig ] als frühe Weichtiere (Kimberella), [29] [73] Stachelhäuter (Arkarua) [74] und Arthropoden (Spriggina, [75] Parvancorina, [76] Yilingien). Dennoch gibt es Debatten über die Klassifizierung dieser Exemplare, hauptsächlich weil die diagnostischen Merkmale, die es Taxonomen ermöglichen, neuere Organismen zu klassifizieren, wie Ähnlichkeiten mit lebenden Organismen, bei den Ediacaras im Allgemeinen fehlen. [77] Es gibt jedoch kaum Zweifel, dass Kimberella war zumindest ein triploblastisches bilaterianisches Tier. [77] Diese Organismen sind von zentraler Bedeutung für die Debatte darüber, wie abrupt die kambrische Explosion war. [ Zitat benötigt ] Wenn einige frühe Mitglieder der heute zu sehenden Tierstämme waren, sieht die "Explosion" viel weniger plötzlich aus, als wenn all diese Organismen ein nicht verwandtes "Experiment" darstellen und ziemlich bald danach durch das Tierreich ersetzt wurden (40 Millionen Jahre sind "bald ." " nach evolutionären und geologischen Standards).

Beck Spring Dolomit Bearbeiten

Paul Knauth, ein Geologe an der Arizona State University, behauptet, dass photosynthetische Organismen wie Algen in einer 750 bis 800 Millionen Jahre alten Formation im Death Valley, bekannt als Beck Spring Dolomite, gewachsen sein könnten. In den frühen 1990er Jahren zeigten Proben aus dieser 1.000 Fuß dicken Dolomitschicht, dass die Region blühende Matten von photosynthetischen, einzelligen Lebensformen beherbergte, die der kambrischen Explosion vorausgingen.

Mikrofossilien wurden aus Löchern ausgegraben, die die ansonsten karge Oberfläche des Dolomits durchlöchern. Diese geochemischen und mikrofossilen Erkenntnisse unterstützen die Idee, dass sich während des Präkambriums komplexes Leben sowohl in den Ozeanen als auch an Land entwickelt hat. Knauth behauptet, dass Tiere möglicherweise ihren Ursprung in Süßwasserseen und -bächen haben und nicht in den Ozeanen.

Etwa 30 Jahre später haben eine Reihe von Studien eine Fülle von geochemischen und mikrofossilen Beweisen dokumentiert, die zeigen, dass das Leben die Kontinente bereits vor 2,2 Milliarden Jahren bedeckte. Viele Paläobiologen akzeptieren heute die Vorstellung, dass während des Präkambriums einfache Lebensformen an Land existierten, lehnen jedoch die radikalere Vorstellung ab, dass vielzelliges Leben vor mehr als 600 Millionen Jahren an Land gedieh. [78]

Die ersten Skelettfossilien des Ediacariums und des untersten Kambriums (Nemakit-Daldynium) stellen Röhren und problematische Schwammspitzen dar. [79] Die ältesten Schwamm-Stacheln sind monaxon-silikatische, vor etwa 580 Millionen Jahren gealtert, bekannt aus der Doushantou-Formation in China und aus gleichaltrigen Ablagerungen in der Mongolei, obwohl die Interpretation dieser Fossilien als Stacheln in Frage gestellt wurde. [80] Im späten Ediacara-untersten Kambrium erschienen zahlreiche Röhrenwohnungen rätselhafter Organismen. Es handelte sich um organisch-wandige Rohre (z. Saarina) und Chitinröhren der Sabelliditiden (z. Sokoloviina, Sabelliditen, Paleolina) [81] [82], die bis zum Beginn des Tommotian gediehen. Die mineralisierten Röhren von Cloudina, Namacalathus, Sinustubuli, und ein Dutzend weiterer Organismen aus Karbonatgestein, die gegen Ende der Ediacara-Periode von 549 bis 542 Millionen Jahren gebildet wurden, sowie die triradialsymmetrischen mineralisierten Röhren der Anabaritiden (z. Anabarite, Cambrotubulus) aus dem obersten Ediacara und dem unteren Kambrium. [83] Ediacara-mineralisierte Röhren werden häufig in Karbonaten der Stromatolith-Riffe und Thrombolithen gefunden, [84] [85] d. h. sie könnten in einer Umgebung leben, die für die meisten Tiere widrig ist.

Obwohl sie genauso schwer zu klassifizieren sind wie die meisten anderen Ediacara-Organismen, sind sie in zweierlei Hinsicht wichtig. Erstens sind sie die frühesten bekannten kalzifizierenden Organismen (Organismen, die Schalen aus Kalziumkarbonat bauen). [85] [86] [87] Zweitens sind diese Röhren ein Gerät, um sich über ein Substrat und Konkurrenten für eine effektive Nahrungsaufnahme zu erheben, und in geringerem Maße dienen sie als Panzer zum Schutz gegen Raubtiere und widrige Umweltbedingungen. Etwas Cloudina Fossilien zeigen kleine Löcher in Muscheln. Die Löcher sind möglicherweise ein Beweis für das Bohren von Raubtieren, die weit genug fortgeschritten sind, um Muscheln zu durchdringen. [88] Ein mögliches „evolutionäres Wettrüsten“ zwischen Raubtieren und Beutetieren ist eine der Hypothesen, die versuchen, die kambrische Explosion zu erklären. [55]

Im untersten Kambrium wurden die Stromatolithen dezimiert. Dies ermöglichte es den Tieren, mit der Besiedlung von Warmwasserbecken mit Karbonat-Sedimentation zu beginnen. Zuerst waren es Anabaritiden und Protohertzina (die versteinerten Greifstacheln von Chaetognathen) Fossilien. Mineralskelette wie Muscheln, Sklerite, Dornen und Platten traten im obersten Nemakit-Daldynium auf. Sie waren die frühesten Arten von Halkieriden, Gastropoden, Hyolithen und anderen seltenen Organismen. Der Beginn des Tommotiums ist historisch als ein explosiver Anstieg der Anzahl und Vielfalt von Fossilien von Weichtieren, Hyolithen und Schwämmen bekannt, zusammen mit einem reichen Komplex von Skelettelementen unbekannter Tiere, den ersten Archaeocyathiden, Brachiopoden, Tommotoiden und Andere. [89] [90] [91] [92] Auch weichen Körper der vorhandenen Stämme wie Kammquallen, Scalidophorane, Entoproctane, Hufeisenwürmer und Lobopodians hatten gepanzerte Formen. [93] Dieser plötzliche Anstieg ist teilweise ein Artefakt fehlender Schichten in der Tommotian-Typ-Sektion, und der größte Teil dieser Fauna begann sich tatsächlich in einer Reihe von Pulsen durch das Nemakit-Daldynium und in das Tommotian zu diversifizieren. [94]

Einige Tiere haben möglicherweise bereits Sklerite, Dornen und Platten im Ediacara (z. Kimberella hatte harte Sklerite, wahrscheinlich aus Karbonat), aber dünne Karbonatskelette können in siliziklastischen Ablagerungen nicht versteinert werden. [95] Älter (

750 Ma) Fossilien weisen darauf hin, dass die Mineralisierung dem Kambrium lange vorausging und wahrscheinlich kleine photosynthetische Algen vor einzelligen eukaryotischen Raubtieren verteidigte. [96] [97]

Spuren von Fossilien Bearbeiten

Spurenfossilien (Bohrungen usw.) sind ein zuverlässiger Indikator für das Leben in der Umgebung und weisen auf eine Diversifizierung des Lebens zu Beginn des Kambriums hin, wobei das Süßwasserreich fast so schnell von Tieren besiedelt wurde wie die Ozeane. [98]

Kleine Muschelfauna Bearbeiten

Fossilien, die als "kleine Muschelfauna" bekannt sind, wurden in vielen Teilen der Welt gefunden und stammen aus der Zeit kurz vor dem Kambrium bis etwa 10 Millionen Jahre nach dem Beginn des Kambriums (das Nemakit-Daldynium- und Tommot-Zeitalter siehe Zeitleiste). Dies ist eine sehr gemischte Sammlung von Fossilien: Stacheln, Sklerite (Panzerplatten), Röhren, Archeocyathiden (schwammartige Tiere) und kleine Muscheln, die denen von Brachiopoden und schneckenartigen Weichtieren sehr ähnlich sind – aber alle winzig, meist 1 bis 2 mm lang. [99]

Diese Fossilien sind zwar klein, aber weit häufiger als vollständige Fossilien der Organismen, die sie maßgeblich hervorgebracht haben, aber sie decken das Fenster vom Beginn des Kambriums bis zu den ersten Lagerstätten ab: eine Zeit, die sonst an Fossilien fehlt. Damit ergänzen sie den konventionellen Fossilienbestand und ermöglichen die Erweiterung der fossilen Verbreitungsgebiete vieler Gruppen.

Trilobiten und Stachelhäuter des frühen Kambriums Bearbeiten

Die frühesten Trilobitenfossilien sind etwa 530 Millionen Jahre alt, aber die Klasse war bereits sehr vielfältig und weltweit, was darauf hindeutet, dass sie schon seit einiger Zeit existiert. [100] Der Fossilienbestand von Trilobiten begann mit dem Auftreten von Trilobiten mit mineralischen Exoskeletten – nicht mit der Zeit ihrer Entstehung.

Die frühesten allgemein anerkannten Stachelhäuterfossilien erschienen etwas später, im späten Atdabanien waren diese frühen kambrischen Stachelhäuter im Gegensatz zu modernen Stachelhäutern nicht alle radialsymmetrisch. [101]

Diese liefern feste Datenpunkte für das "Ende" der Explosion oder zumindest Hinweise darauf, dass die Kronengruppen der modernen Stämme vertreten waren.

Burgess Shale Typ Faunen Bearbeiten

Der Burgess Shale und ähnliche Lagerstätten bewahren die Weichteile von Organismen, die eine Fülle von Daten liefern, die bei der Klassifizierung rätselhafter Fossilien helfen. Es hat oft vollständige Exemplare von Organismen erhalten, die sonst nur aus verstreuten Teilen bekannt sind, wie etwa lose Schuppen oder isolierte Mundwerkzeuge. Darüber hinaus sind die meisten Organismen und Taxa in diesen Horizonten vollständig weich und daher im restlichen Fossilienbestand nicht enthalten. [102] Da ein Großteil des Ökosystems erhalten ist, kann auch die Ökologie der Gemeinschaft versuchsweise rekonstruiert werden. [ Verifizierung erforderlich ] Die Ansammlungen können jedoch ein "Museum" darstellen: ein Tiefsee-Ökosystem, das evolutionär "hinter" der sich schnell diversifizierenden Fauna flacherer Gewässer steht. [103]

Da die Lagerstätten eine Art und Qualität der Konservierung bieten, die außerhalb des Kambriums praktisch nicht vorhanden ist, erscheinen viele Organismen völlig anders als alles, was aus dem konventionellen Fossilienbestand bekannt ist.Dies führte dazu, dass frühe Arbeiter auf diesem Gebiet versuchten, die Organismen in bestehende Stämme zu integrieren. Seitdem wurde erkannt, dass die meisten Sonderlinge von Abstammungslinien abwichen, bevor sie den heute bekannten Stamm gründeten [ Klärung nötig ] – etwas andere Designs, die dazu bestimmt waren, zu sterben, anstatt zu Stämmen aufzublühen, wie es ihre Cousin-Linien taten.

Der Erhaltungsmodus ist in der vorangegangenen ediacanischen Periode selten, aber diese bekannten Ansammlungen zeigen keine Spur von tierischem Leben – was möglicherweise auf ein echtes Fehlen makroskopischer Metazoen hindeutet. [104]

Krustentiere des frühen Kambriums Bearbeiten

Krebstiere, eine der vier großen modernen Gruppen von Arthropoden, sind im gesamten Kambrium sehr selten. Es wurde einst angenommen, dass überzeugende Krebstiere in Biotas vom Burgess-Schiefer-Typ häufig vorkommen, aber keines dieser Individuen kann in die Kronengruppe der "echten Krebstiere" fallen. [105] Der kambrische Nachweis von Krustentieren der Kronengruppe stammt von Mikrofossilien. Die schwedischen Orsten-Horizonte enthalten spätere Kambrium-Krebstiere, aber nur Organismen, die kleiner als 2 mm sind, sind erhalten. Dies beschränkt den Datensatz auf Jugendliche und miniaturisierte Erwachsene.

Eine informativere Datenquelle sind die organischen Mikrofossilien der Mount-Cap-Formation, Mackenzie Mountains, Kanada. Diese späte frühkambrische Ansammlung (vor 510 bis 515 Millionen Jahren) besteht aus mikroskopisch kleinen Fragmenten der Kutikula von Arthropoden, die beim Auflösen des Gesteins mit Flusssäure zurückbleiben. Die Vielfalt dieser Ansammlung ähnelt der moderner Krustentierfaunen. Die Analyse von Fragmenten der in der Formation gefundenen Fütterungsmaschinerie zeigt, dass sie für eine sehr genaue und raffinierte Fütterung ausgelegt war. Dies steht im Gegensatz zu den meisten anderen Arthropoden des frühen Kambriums, die sich unordentlich ernährten, indem sie alles schaufelten, an dem sie ihre Nahrungsanhängsel in den Mund bekommen konnten. Diese hochentwickelte und spezialisierte Fütterungsmaschinerie gehörte zu einem großen Organismus (ca. 30 cm) [106] und hätte ein großes Diversifizierungspotential geboten vermeiden, gefressen zu werden. [105]

Früh-Ordovizium-Strahlung Bearbeiten

Nach einem Aussterben an der Kambrium-Ordovizium-Grenze trat eine weitere Strahlung auf, die die Taxa etablierte, die das Paläozoikum dominieren würden. [107]

Während dieser Strahlung verdoppelte sich die Gesamtzahl der Ordnungen und die Familien verdreifachten sich, [107] was die marine Diversität auf ein für das Paläozoikum typisches Niveau [45] und eine Disparität auf ein Niveau erhöht, das ungefähr dem heutigen entspricht. [11]

Das Ereignis dauerte ungefähr die nächsten 20 [5] [108] –25 [109] [110] Millionen Jahre, und seine erhöhten Evolutionsraten hatten mit der Basis der Kambrischen Serie 2 vor 521 Millionen Jahren zeitgleich mit der ersten geendet Trilobiten im Fossilienbestand. [111] Verschiedene Autoren unterteilen die Explosion auf unterschiedliche Weise in Etappen.

Ed Landing kennt drei Stadien: Stadium 1, das die Grenze zwischen Ediacara und Kambrium überspannt, entspricht einer Diversifizierung biomineralisierender Tiere und tiefer und komplexer Baue Stadium 2 entspricht der Strahlung von Weichtieren und Brachiopoden der Stammgruppe (Hyolithen und Tomotiiden), die entstand anscheinend in Gezeitengewässern und Stufe 3, wobei die atdabanische Diversifizierung von Trilobiten in tieferen Gewässern zu sehen war, aber wenig Veränderung im Gezeitenbereich. [112]

Graham Budd synthetisiert verschiedene Schemata, um eine kompatible Ansicht der SSF-Aufzeichnung der kambrischen Explosion zu erzeugen, die leicht unterschiedlich in vier Intervalle unterteilt ist: eine "Tubenwelt", die vor 550 bis 536 Millionen Jahren andauerte und die Grenze zwischen Ediacara und Kambrium überspannt, dominiert von Cloudina, Namacalathus und pseudoconodont-artige Elemente eine "Skleritenwelt", die das Aufkommen von Halkieriiden, Tommototiiden und Hyolithen sieht, die bis zum Ende des Fortunas (ca. 525 Ma) andauern, eine Brachiopodenwelt, die vielleicht dem noch nicht ratifizierten Kambrium entspricht Phase 2 und Trilobite World, die in Phase 3 beginnt. [113]

Ergänzend zum Fossilienbestand von Muscheln lassen sich Spurenfossilien in fünf Unterteilungen einteilen: "Flat world" (spätes Ediacara), mit Spuren beschränkt auf die Sedimentoberfläche Protreozoic III (nach Jensen), mit zunehmender Komplexität pedum Welt, initiiert am Fuße des Kambriums mit der Basis des T.pedum Zone (siehe Kambrian#Dating the Cambrian) Rusophycus Welt, die sich vor 536 bis 521 Millionen Jahren erstreckte und damit genau den Perioden der Skleritenwelt und der Brachiopodenwelt unter dem SSF-Paradigma entspricht und Cruziana Welt, mit einer offensichtlichen Entsprechung zu Trilobite World. [113]

Es gibt starke Beweise für Arten von Cnidaria und Porifera, die im Ediacara [114] und mögliche Mitglieder von Porifera sogar schon vorher während des Kryogens existierten. [115] Bryozoen tauchen im Fossilienbestand erst nach dem Kambrium im unteren Ordovizium auf. [116]

Der Fossilienbestand, wie Darwin ihn kannte, schien darauf hinzudeuten, dass die wichtigsten Metazoengruppen in einigen Millionen Jahren des frühen bis mittleren Kambriums auftauchten, und selbst in den 1980er Jahren schien dies immer noch der Fall zu sein. [24] [25]

Die Hinweise auf präkambrische Metazoen häufen sich jedoch allmählich. Wenn der Ediacara Kimberella war ein molluskenähnliches Protostom (eine der beiden Hauptgruppen von Coelomaten), [29] [73] die Protostom- und Deuterostoma-Linien müssen sich vor 550 Millionen Jahren signifikant gespalten haben (Deuterostome sind die andere Hauptgruppe der Coelomaten). [117] Auch wenn es kein Protostom ist, wird es weithin als Bilateria akzeptiert. [77] [117] Da in der Lagerstätte Doushantuo Fossilien von eher modern aussehenden Nesseltieren (quallenähnlichen Organismen) gefunden wurden, müssen sich die Abstammungslinien der Nesseltiere und der Bilatera vor weit über 580 Millionen Jahren getrennt haben. [117]

Spurenfossilien [71] und räuberische Bohrungen in Cloudina Muscheln liefern weitere Hinweise auf ediacaranische Tiere. [118] Einige Fossilien aus der Doushantuo-Formation wurden als Embryonen interpretiert und einer (Vernanimalcula) als bilaterianisches Coelomat, obwohl diese Interpretationen nicht allgemein akzeptiert werden. [60] [61] [119] Noch früher wirkte der Raubdruck auf Stromatolithen und Akritarchen seit etwa 1250 Millionen Jahren. [55]

Einige sagen, dass die evolutionäre Veränderung um eine Größenordnung beschleunigt wurde, [d] aber die Anwesenheit von präkambrischen Tieren dämpft den "Knall" der Explosion nicht nur allmählich, sondern auch ihre evolutionäre Strahlung ("Diversifizierung") war vielleicht auch nicht so schnell wie gedacht. Tatsächlich zeigt eine statistische Analyse, dass die kambrische Explosion nicht schneller war als jede andere Strahlung in der Geschichte der Tiere. [e] Es scheint jedoch, dass einige Innovationen im Zusammenhang mit der Explosion – wie widerstandsfähige Rüstungen – nur einmal in der Tierlinie entwickelt wurden, was die Verteidigung einer langen präkambrischen Tierlinie erschwert. [121] Darüber hinaus ist die konventionelle Ansicht, dass alle Stämme im Kambrium entstanden sind, fehlerhaft, während sich die Stämme in dieser Zeit möglicherweise diversifiziert haben, Vertreter der Kronengruppen vieler Stämme treten erst viel später im Phanerozoikum auf. [12] Außerdem sind die mineralisierten Stämme, die die Grundlage des Fossilienbestands bilden, möglicherweise nicht repräsentativ für andere Stämme, da die meisten mineralisierten Stämme ihren Ursprung in einer benthischen Umgebung haben. Der Fossilienbestand stimmt mit einer kambrischen Explosion überein, die auf das Benthos beschränkt war, wobei sich die pelagischen Stämme viel später entwickelten. [12]

Die ökologische Komplexität der Meerestiere nahm im Kambrium und später auch im Ordovizium zu. [11] Neuere Forschungen haben jedoch die einst populäre Vorstellung, dass die Disparität im gesamten Kambrium außergewöhnlich hoch war, bevor sie später abnahm, über den Haufen geworfen. [122] Tatsächlich bleibt die Disparität im gesamten Kambrium relativ gering, wobei moderne Disparitäten erst nach der frühen Ordovizium-Strahlung erreicht wurden. [11]

Die Diversität vieler Kambrium-Assemblagen ist der heutigen ähnlich [123] [105] und auf einem hohen Niveau (Klassen/Stamm) wird von einigen angenommen, dass die Diversität relativ glatt durch das Kambrium gestiegen ist und sich im Ordovizium etwas stabilisiert hat. [124] Diese Interpretation beschönigt jedoch das erstaunliche und grundlegende Muster der basalen Polytomie und des phylogenetischen Teleskopierens an oder nahe der Grenze des Kambriums, wie es in den meisten wichtigen Tierlinien zu sehen ist. [125] Somit bleiben die Fragen von Harry Blackmore Whittington bezüglich der abrupten Natur der kambrischen Explosion bestehen und müssen noch zufriedenstellend beantwortet werden. [126]

Die kambrische Explosion als Überlebensvoreingenommenheit Bearbeiten

Budd und Mann [127] schlugen vor, dass die kambrische Explosion das Ergebnis einer Art von Überlebensvoreingenommenheit war, die als "Push of the Past" bezeichnet wird. Da Gruppen an ihrem Ursprung zum Aussterben neigen, folgt daraus, dass jede langlebige Gruppe frühzeitig eine ungewöhnlich schnelle Diversifizierungsrate erfahren hätte, was die Illusion einer allgemeinen Beschleunigung der Diversifikationsraten erzeugt hätte. Die Diversifizierungsraten könnten jedoch auf dem Hintergrundniveau verharren und immer noch diese Art von Effekt in den überlebenden Linien erzeugen.

Trotz der Beweise, dass mäßig komplexe Tiere (triploblastische Bilaterier) vor und möglicherweise lange vor dem Beginn des Kambriums existierten, scheint es, dass die Evolution im frühen Kambrium außergewöhnlich schnell war. Mögliche Erklärungen dafür lassen sich in drei große Kategorien unterteilen: Umwelt-, Entwicklungs- und ökologische Veränderungen. Jede Erklärung muss sowohl den Zeitpunkt als auch das Ausmaß der Explosion erklären.

Veränderungen in der Umgebung Bearbeiten

Erhöhung des Sauerstoffgehalts Bearbeiten

Die früheste Atmosphäre der Erde enthielt keinen freien Sauerstoff (O2) ist der Sauerstoff, den Tiere heute atmen, sowohl in der Luft als auch im Wasser gelöst, das Produkt von Milliarden Jahren Photosynthese. Cyanobakterien waren die ersten Organismen, die die Fähigkeit zur Photosynthese entwickelten, wodurch eine stetige Sauerstoffzufuhr in die Umwelt gegeben wurde. [128] Anfänglich stieg der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre nicht wesentlich an. [129] Der Sauerstoff reagierte schnell mit Eisen und anderen Mineralien im umgebenden Gestein und Meerwasser. Sobald ein Sättigungspunkt für die Reaktionen in Gestein und Wasser erreicht war, konnte Sauerstoff als Gas in seiner zweiatomigen Form existieren. Danach stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre deutlich an. [130] Als allgemeiner Trend ist die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre in den letzten 2,5 Milliarden Jahren allmählich angestiegen. [21]

Der Sauerstoffgehalt scheint lange vor dem Kambrium eine positive Korrelation mit der Diversität in Eukaryoten zu haben. [131] Der letzte gemeinsame Vorfahre aller existierenden Eukaryoten soll vor etwa 1,8 Milliarden Jahren gelebt haben. Vor etwa 800 Millionen Jahren gab es einen bemerkenswerten Anstieg der Komplexität und Anzahl der Eukaryoten-Arten im Fossilienbestand. [131] Es wird angenommen, dass Eukaryoten vor dem Anstieg der Diversität in stark schwefelhaltigen Umgebungen gelebt haben. Sulfid stört die mitochondriale Funktion in aeroben Organismen und begrenzt die Menge an Sauerstoff, die verwendet werden könnte, um den Stoffwechsel anzutreiben. Der ozeanische Sulfidgehalt sank vor etwa 800 Millionen Jahren, was die Bedeutung von Sauerstoff für die eukaryotische Vielfalt unterstreicht. [131]

Der Sauerstoffmangel hätte das Aufkommen großer, komplexer Tiere möglicherweise verhindert. Die Sauerstoffmenge, die ein Tier aufnehmen kann, wird weitgehend durch die Fläche seiner sauerstoffabsorbierenden Oberflächen bestimmt (Lunge und Kiemen bei den komplexesten Tieren die Haut bei weniger komplexen), aber die benötigte Menge wird durch sein Volumen bestimmt, das schneller wächst als der sauerstoffabsorbierende Bereich, wenn die Größe eines Tieres in alle Richtungen gleichmäßig zunimmt. Eine Erhöhung der Sauerstoffkonzentration in Luft oder Wasser würde die Größe eines Organismus erhöhen, ohne dass sein Gewebe unter Sauerstoffmangel leidet. Mitglieder der Ediacara-Biota erreichten jedoch mehrere zehn Millionen Jahre vor der kambrischen Explosion eine Länge von Metern. [43] Andere Stoffwechselfunktionen können durch Sauerstoffmangel gehemmt worden sein, zum Beispiel der Aufbau von Gewebe wie Kollagen, das für den Aufbau komplexer Strukturen erforderlich ist, [132] oder die Bildung von Molekülen für den Aufbau eines harten Exoskeletts. [133] Tiere waren jedoch nicht betroffen, als ähnliche ozeanographische Bedingungen im Phanerozoikum auftraten. [134]

Ozonbildung Bearbeiten

Die Ozonmenge (O3), die erforderlich ist, um die Erde vor biologisch tödlicher UV-Strahlung mit Wellenlängen von 200 bis 300 Nanometer (nm) zu schützen, soll um die kambrische Explosion herum existiert haben. [135] Das Vorhandensein der Ozonschicht kann die Entwicklung von komplexem Leben und Leben an Land ermöglicht haben, im Gegensatz dazu, dass das Leben auf das Wasser beschränkt war.

Schneeball Erde Bearbeiten

Im späten Neoproterozoikum (das sich bis in die frühe Ediacaran-Periode erstreckte) erlitt die Erde massive Vergletscherungen, bei denen der größte Teil ihrer Oberfläche mit Eis bedeckt war. Dies könnte zu einem Massenaussterben geführt haben, was zu einem genetischen Engpass geführt hat. Die daraus resultierende Diversifizierung könnte zur Entstehung der Ediacara-Biota geführt haben, die kurz nach der letzten "Snowball Earth"-Episode auftaucht. [136] Die Schneeballepisoden ereigneten sich jedoch lange vor dem Beginn des Kambriums, und es ist schwer vorstellbar, wie so viel Vielfalt auch nur durch eine Reihe von Engpässen verursacht worden sein könnte [45] die kalten Perioden möglicherweise sogar haben verspätet die Evolution großer Organismen. [55]

Erhöhung der Calciumkonzentration des kambrischen Meerwassers Bearbeiten

Neuere Forschungen legen nahe, dass vulkanisch aktive Mittelozeanische Rücken einen massiven und plötzlichen Anstieg der Kalziumkonzentration in den Ozeanen verursachten, was es Meeresorganismen ermöglichte, Skelette und harte Körperteile zu bauen. [137] Alternativ könnte ein hoher Einstrom von Ionen durch die weit verbreitete Erosion verursacht worden sein, die Powells Great Disconformity erzeugte. [138]

Ein Anstieg des Kalziums könnte auch durch die Erosion des Transgondwanischen Superbergs verursacht worden sein, der zum Zeitpunkt der Explosion existierte. Die Wurzeln des Berges sind im heutigen Ostafrika als Orogen erhalten. [139]

Entwicklungserklärungen Bearbeiten

Eine Reihe von Theorien basiert auf dem Konzept, dass geringfügige Veränderungen in der Entwicklung von Tieren während des Wachstums vom Embryo zum Erwachsenen in der Lage sein können, sehr große Veränderungen in der endgültigen erwachsenen Form zu bewirken. Die Hox-Gene steuern beispielsweise, zu welchen Organen sich einzelne Regionen eines Embryos entwickeln. Zum Beispiel, wenn ein bestimmter Hox Gen exprimiert wird, entwickelt sich eine Region zu einer Extremität, wenn ein anderes Hox-Gen in dieser Region exprimiert wird (eine geringfügige Veränderung), es könnte sich stattdessen zu einem Auge entwickeln (eine phänotypisch große Veränderung).

Ein solches System lässt zu, dass eine große Bandbreite an Unterschieden aus einem begrenzten Satz von Genen hervorgeht, aber solche Theorien, die dies mit der Explosion in Verbindung bringen, kämpfen darum, zu erklären, warum der Ursprung eines solchen Entwicklungssystems allein zu einer erhöhten Diversität oder Disparität führen sollte. Beweise für präkambrische Metazoen [45] kombiniert mit molekularen Daten [140] zeigen, dass ein Großteil der genetischen Architektur, die möglicherweise eine Rolle bei der Explosion gespielt haben könnte, bereits vom Kambrium gut etabliert war.

Dieses scheinbare Paradox wird in einer Theorie aufgegriffen, die sich auf die Physik der Entwicklung konzentriert. Es wird vermutet, dass die Entstehung einfacher vielzelliger Formen einen veränderten Kontext und eine veränderte räumliche Dimension mit sich brachte, in der neue physikalische Prozesse und Effekte durch die Produkte von Genen mobilisiert wurden, die sich zuvor entwickelt hatten, um einzelligen Funktionen zu dienen. Morphologische Komplexität (Schichten, Segmente, Lumen, Anhängsel) entstand aus dieser Sicht durch Selbstorganisation. [141]

Der horizontale Gentransfer wurde auch als möglicher Faktor für den schnellen Erwerb der biochemischen Fähigkeit der Biomineralisation zwischen Organismen in dieser Zeit identifiziert, basierend auf Beweisen, dass das Gen für ein kritisches Protein im Prozess ursprünglich von einem Bakterium in Schwämme übertragen wurde. [142]

Ökologische Erklärungen Bearbeiten

Diese konzentrieren sich auf die Interaktionen zwischen verschiedenen Arten von Organismen. Einige dieser Hypothesen befassen sich mit Veränderungen in der Nahrungskette, einige legen ein Wettrüsten zwischen Raubtieren und Beute nahe, andere konzentrieren sich auf die allgemeineren Mechanismen der Koevolution. Solche Theorien sind gut geeignet, um zu erklären, warum sowohl die Disparität als auch die Diversität rapide zugenommen haben, aber sie erklären nicht, warum die „Explosion“ dann geschah. [45]

Ende-Ediacaran-Massenaussterben Bearbeiten

Beweise für ein solches Aussterben sind das Verschwinden der Fossilien der Ediacara-Biota und Muschelfossilien wie Cloudina, und die begleitende Störung im δ 13 C-Datensatz. Es wird vermutet, dass mehrere globale anoxische Ereignisse für das Aussterben verantwortlich waren. [143] [144]

Auf Massenaussterben folgt oft adaptive Strahlung, wenn sich bestehende Kladen ausdehnen, um den durch das Aussterben geleerten Ökoraum zu besetzen. Nachdem sich der Staub jedoch gelegt hatte, kehrten die allgemeine Disparität und Vielfalt bei jedem der phanerozoischen Aussterben auf das Niveau vor dem Aussterben zurück. [45]

Anoxie Bearbeiten

Die Ozeane des späten Ediacarium scheinen unter einer Anoxie gelitten zu haben, die einen Großteil des Meeresbodens bedeckte, was mobilen Tieren einen Vorteil gegenüber sessilen Lebensformen verschafft hätte, die in der Lage wären, sauerstoffreichere Umgebungen aufzusuchen. [145]

Evolution der Augen Bearbeiten

Andrew Parker hat vorgeschlagen, dass sich die Räuber-Beute-Beziehungen dramatisch verändert haben, nachdem sich das Sehvermögen entwickelt hat. Vor dieser Zeit waren Jagen und Ausweichen beides Nahkampfangelegenheiten – Geruch, Vibration und Berührung waren die einzigen verwendeten Sinne. Wenn Raubtiere ihre Beute aus der Ferne sehen konnten, waren neue Verteidigungsstrategien erforderlich. Rüstungen, Stacheln und ähnliche Abwehrmechanismen können sich ebenfalls als Reaktion auf das Sehen entwickelt haben. Er beobachtete ferner, dass die Vielfalt der Tierformen tendenziell abnimmt, wenn Tiere in unbeleuchteten Umgebungen wie Höhlen das Sehvermögen verlieren. [146] Dennoch bezweifeln viele Wissenschaftler, dass das Sehen die Explosion verursacht haben könnte. Augen können sich lange vor dem Beginn des Kambriums entwickelt haben. [147] Es ist auch schwer zu verstehen, warum die Entwicklung des Sehvermögens zu einer Explosion geführt hätte, da andere Sinne, wie Geruchs- und Druckerkennung, Dinge in größerer Entfernung im Meer wahrnehmen können als das Sehen, aber das Erscheinen dieser anderen Sinne haben offenbar keine evolutionäre Explosion verursacht. [45]

Wettrüsten zwischen Raubtieren und Beute Bearbeiten

Die Fähigkeit, Prädation zu vermeiden oder sich davon zu erholen, entscheidet oft über Leben und Tod und ist daher eine der stärksten Komponenten der natürlichen Selektion. Der Anpassungsdruck ist bei der Beute stärker als beim Räuber: Wenn der Räuber einen Wettbewerb nicht gewinnt, verliert er eine Mahlzeit, wenn die Beute der Verlierer ist, verliert er sein Leben. [148]

Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass Prädation lange vor Beginn des Kambriums weit verbreitet war, zum Beispiel bei den zunehmend stacheligen Formen der Acritarchen, die in die Löcher gebohrt wurden Cloudina Muscheln und Spuren von Grabungen, um Raubtieren zu vermeiden. Daher ist es unwahrscheinlich, dass die Aussehen der Prädation war der Auslöser für die kambrische "Explosion", obwohl es durchaus einen starken Einfluss auf die Körperformen gezeigt haben könnte, die die "Explosion" erzeugte. [55] Die Intensität der Prädation scheint jedoch während des Kambriums [149] dramatisch zugenommen zu haben, als neue räuberische "Taktiken" (wie das Zerkleinern von Muscheln) auftauchten. [150] Dieser Anstieg der Prädation während des Kambriums wurde durch das zeitliche Muster des mittleren Räuberverhältnisses auf der Ebene der Gattung in fossilen Gemeinschaften, die das Kambrium und das Ordovizium abdecken, bestätigt, aber dieses Muster korreliert nicht mit der Diversifizierungsrate. [151] Dieser Mangel an Korrelation zwischen dem Räuberverhältnis und der Diversifizierung über das Kambrium und Ordovizium legt nahe, dass Räuber die große evolutionäre Strahlung der Tiere während dieses Intervalls nicht auslösten. Somit war die Rolle der Raubtiere als Auslöser der Diversifizierung möglicherweise auf den Anfang der "kambrischen Explosion" beschränkt. [151]

Zunahme der Größe und Vielfalt planktonischer Tiere Bearbeiten

Geochemische Beweise deuten stark darauf hin, dass die Gesamtmasse des Planktons seit dem frühen Proterozoikum dem modernen Niveau ähnlich ist. Vor Beginn des Kambriums waren ihre Leichen und ihr Kot zu klein, um schnell auf den Meeresboden zu fallen, da ihr Widerstand ungefähr so ​​​​wie ihr Gewicht war. Das bedeutete, dass sie von Aasfressern oder durch chemische Prozesse zerstört wurden, bevor sie den Meeresboden erreichten. [35]

Mesozooplankton ist ein größeres Plankton. Frühkambrische Exemplare filterten mikroskopisch kleines Plankton aus dem Meerwasser. Diese größeren Organismen hätten Kot und letztendlich Leichen produziert, die groß genug waren, um ziemlich schnell zu fallen. Dadurch wurde eine neue Energie- und Nährstoffversorgung der Mittel- und Meeresböden geschaffen, die neue Möglichkeiten des Lebens eröffnete. Wenn einer dieser Überreste ungefressen auf den Meeresboden sinken würde, könnte er vergraben werden, was einen Teil des Kohlenstoffs aus dem Kreislauf genommen hätte, was zu einer Erhöhung der Konzentration von atembarem Sauerstoff in den Meeren geführt hätte (Kohlenstoff verbindet sich leicht mit Sauerstoff). [35]

Das ursprüngliche pflanzenfressende Mesozooplankton waren wahrscheinlich Larven benthischer (Meeresboden) Tiere. Ein Larvenstadium war wahrscheinlich eine evolutionäre Innovation, die durch die zunehmende Prädation am Meeresboden während der Ediacara-Periode angetrieben wurde. [10] [152]

Metazoen haben eine erstaunliche Fähigkeit, die Vielfalt durch Koevolution zu erhöhen. [57] Dies bedeutet, dass die Merkmale eines Organismus dazu führen können, dass sich Merkmale in anderen Organismen entwickeln. Eine Reihe von Reaktionen sind möglich, und aus jedem kann möglicherweise eine andere Spezies hervorgehen. Als einfaches Beispiel kann die Evolution der Prädation dazu geführt haben, dass ein Organismus eine Abwehr entwickelt hat, während ein anderer eine Fluchtbewegung entwickelt hat. Dies würde dazu führen, dass die Abstammung der Raubtiere in zwei Arten divergiert: eine, die gut Beute jagt, und eine andere, die gut Verteidigungen durchbrechen kann. Die tatsächliche Koevolution ist etwas subtiler, aber auf diese Weise kann eine große Vielfalt entstehen: Drei Viertel der lebenden Arten sind Tiere, und der Rest ist größtenteils durch Koevolution mit Tieren entstanden. [57]

Ökosystem-Engineering Bearbeiten

Sich entwickelnde Organismen verändern unweigerlich die Umgebung, in der sie sich entwickeln. Die devonische Besiedlung des Landes hatte weltweite Folgen für den Sedimentkreislauf und die Nährstoffe der Ozeane und war wahrscheinlich mit dem devonischen Massensterben verbunden. Ein ähnlicher Prozess könnte sich in den Ozeanen auf kleinerem Maßstab ereignet haben, indem zum Beispiel die Schwämme Partikel aus dem Wasser filtern und sie in einer besser verdaulichen Form im Schlamm ablegen oder Organismen eingraben, die zuvor nicht verfügbare Ressourcen für andere Organismen verfügbar machen. [153]

Komplexitätsschwelle Bearbeiten

Die Explosion war möglicherweise kein bedeutendes evolutionäres Ereignis. Es kann eine Schwelle darstellen, die überschritten wird: beispielsweise eine Schwelle in der genetischen Komplexität, die die Verwendung einer großen Bandbreite morphologischer Formen ermöglichte. [154] Diese genetische Schwelle kann mit der Sauerstoffmenge korrelieren, die Organismen zur Verfügung steht. Die Verwendung von Sauerstoff für den Stoffwechsel erzeugt viel mehr Energie als anaerobe Prozesse. Organismen, die mehr Sauerstoff verbrauchen, haben die Möglichkeit, komplexere Proteine ​​​​zu produzieren, die eine Vorlage für die weitere Evolution bieten. [129] Diese Proteine ​​übersetzen in größere, komplexere Strukturen, die es Organismen ermöglichen, sich besser an ihre Umgebung anzupassen. [155] Mit Hilfe von Sauerstoff könnten Gene, die für diese Proteine ​​kodieren, effizienter zur Expression komplexer Merkmale beitragen. Der Zugang zu einer breiteren Palette von Strukturen und Funktionen würde es Organismen ermöglichen, sich in verschiedene Richtungen zu entwickeln, was die Zahl der bewohnbaren Nischen erhöhen würde. Darüber hinaus hatten Organismen die Möglichkeit, sich auf ihre eigenen Nischen zu spezialisieren. [155]

Die "kambrische Explosion" kann als zwei Wellen der metazoischen Expansion in leere Nischen angesehen werden: erstens ein koevolutionärer Anstieg der Vielfalt, als Tiere Nischen auf dem ediacaranischen Meeresboden erkundeten, gefolgt von einer zweiten Expansion im frühen Kambrium, als sie sich im Wassersäule. [57] Die Diversifizierungsrate, die in der kambrischen Phase der Explosion beobachtet wurde, ist unter Meerestieren beispiellos: Sie betraf alle metazoischen Kladen, von denen kambrische Fossilien gefunden wurden. Spätere Strahlungen, wie die von Fischen im Silur und Devon, betrafen weniger Taxa, hauptsächlich mit sehr ähnlichen Körperplänen. [21] Obwohl die Erholung vom Aussterben der Perm-Trias mit etwa so wenigen Tierarten wie der Kambrium-Explosion begann, brachte die Erholung weit weniger signifikant neue Tierarten hervor. [156]

Was auch immer die frühe kambrische Diversifizierung auslöste, eröffnete ein außergewöhnlich breites Spektrum an bisher nicht verfügbaren ökologischen Nischen. Als diese alle besetzt waren, war der Raum für solch weitreichende Diversifikationen nur noch begrenzt, da in allen Nischen ein starker Wettbewerb herrschte und die etablierten Anbieter meist im Vorteil waren. Wenn ein breites Spektrum leerer Nischen bestanden hätte, wären Kladen in der Lage, sich weiter zu diversifizieren und so unterschiedlich zu werden, dass wir sie als unterschiedliche Stämme erkennen können, wenn Nischen gefüllt sind damit sie ihren Lebensstil und ihre Formen ändern können. [157]

Es gab zwei ähnliche Explosionen in der Evolution der Landpflanzen: Nach einer kryptischen Geschichte, die vor etwa 450 Millionen Jahren begann, durchliefen Landpflanzen während des Devons vor etwa 400 Millionen Jahren eine einzigartig schnelle adaptive Strahlung. [21] Darüber hinaus entstanden Angiospermen (Blütenpflanzen) während der Kreidezeit und entwickelten sich schnell.


Einige Haie helfen, den Klimawandel zu mildern.

Der Schutz des Seegrases durch Tigerhaie kann weit über die Betten hinaus reichen. Obwohl Seegraswiesen weniger als 0,2 Prozent der Weltmeere einnehmen, machen sie mehr als 10 Prozent des gesamten Kohlenstoffs aus, der jährlich vom Meerwasser absorbiert wird. Laut dem FIU-Seegrasexperten James Fourqurean können diese Unterwasserwiesen pro Flächeneinheit bis zu doppelt so viel Kohlenstoff speichern wie die gemäßigten und tropischen Wälder der Erde.

Seegraswiesen an der Küste enthalten bis zu 83.000 Tonnen Kohlenstoff pro Quadratkilometer, hauptsächlich in den Böden darunter. Im Vergleich dazu kann ein typischer Wald an Land etwa 30.000 Tonnen pro Quadratkilometer speichern, hauptsächlich im Holz der Bäume. Der Verlust dieser Wiesen zerstört nicht nur die lokalen Ökosysteme, in denen sie gewachsen sind, sondern entfernt auch einen wertvollen Puffer gegen die globale Treibhausgasverschmutzung. Durch den Schutz von Seegras tragen Haie somit indirekt dazu bei, den vom Menschen verursachten Klimawandel zu bekämpfen.


Inhalt

Die Fähigkeit, sich zu tarnen, ist ein Überlebensvorteil im ständigen Kampf zwischen Räubern und Beute. Die natürliche Selektion hat eine Vielzahl von Überlebensmethoden in den Ozeanen hervorgebracht. [2]

Im antiken Griechenland kommentierte Aristoteles die Farbwechselfähigkeiten von Kopffüßern einschließlich des Oktopus, sowohl zur Tarnung als auch zur Signalgebung, in seinem Historia animalium: [3]

Der Oktopus . sucht seine Beute, indem er seine Farbe so ändert, dass sie der Farbe der angrenzenden Steine ​​gleicht, und tut dies auch, wenn er alarmiert ist.

In den Ozeanen herrschen drei Haupttarnmethoden vor: Transparenz, [4] Reflexion und Gegenbeleuchtung. [5] [1] Transparenz und Reflexionsvermögen sind in den oberen 100 Metern des Ozeans am wichtigsten. Gegenbeleuchtung ist die Hauptmethode von 100 Metern bis hinunter zu 1000 Metern, während Tarnung in den dunklen Gewässern unterhalb von 1000 Metern an Bedeutung verliert. [5] Die meisten Tiere des offenen Meeres verwenden mindestens eine dieser Methoden, um sich zu tarnen. [5] Die Tarnung in relativ flachen Gewässern ähnelt eher der terrestrischen Tarnung, bei der von Tieren in vielen verschiedenen Gruppen zusätzliche Methoden angewendet werden. Diese Tarnungsmethoden werden im Folgenden der Reihe nach beschrieben.

Transparenz Bearbeiten

Transparenz ist bei Tieren des offenen Meeres üblich, sogar vorherrschend, insbesondere bei Tieren, die in relativ flachen Gewässern leben. Es kommt im Plankton vieler Arten sowie in größeren Tieren wie Quallen, Salpen (schwimmende Manteltiere) und Kammquallen vor. [1] Viele Meerestiere, die nahe der Oberfläche schwimmen, sind hochtransparent, was ihnen eine fast perfekte Tarnung verleiht. [6] Bei Körpern aus Materialien mit anderen Brechungsindizes als Meerwasser ist die Transparenz jedoch schwierig. Einige Meerestiere wie Quallen haben gallertartige Körper, die hauptsächlich aus Wasser bestehen, ihre dicke Mesogloea ist azellulär und hochtransparent. Dies macht sie praktischerweise schwimmfähig, aber es macht sie auch groß für ihre Muskelmasse, sodass sie nicht schnell schwimmen können. [6] Gelatineartige Planktontiere sind zwischen 50 und 90 Prozent transparent. Eine Transparenz von 50 Prozent reicht aus, um ein Tier in einer Tiefe von 650 Metern (2.130 ft) für ein Raubtier wie Kabeljau unsichtbar zu machen. So kann ein Kabeljau beispielsweise bei optimaler Beleuchtung im Flachwasser Beutetiere sehen, die zu 98 Prozent transparent sind. Daher ist Transparenz in tieferen Gewässern am effektivsten. [6]

Einige Gewebe wie Muskeln können transparent gemacht werden, vorausgesetzt, sie sind entweder sehr dünn oder als regelmäßige Schichten oder Fibrillen organisiert, die im Vergleich zur Wellenlänge des sichtbaren Lichts klein sind. Bekannte Beispiele für transparente Körperteile sind die Linse und die Hornhaut des Wirbeltierauges. Die Linse besteht aus dem Protein Kristallin die Hornhaut besteht aus dem Protein Kollagen. [6] Andere Strukturen können nicht transparent gemacht werden, insbesondere die Netzhaut oder gleichwertige lichtabsorbierende Strukturen der Augen – sie müssen Licht absorbieren, um funktionieren zu können. Das kameraartige Auge von Wirbeltieren und Kopffüßern muss vollständig undurchsichtig sein. [6] Schließlich sind einige Strukturen aus einem bestimmten Grund sichtbar, beispielsweise um Beute anzulocken. Zum Beispiel die Nematozysten (Nematozysten) des transparenten Siphonophors Agalma okenii ähneln kleinen Copepoden. [6] Beispiele für transparente Meerestiere umfassen eine Vielzahl von Larven, einschließlich Coelenteraten, Siphonophoren, Salpen, Schnecken, Polychaetenwürmer, viele krabbenartige Krebstiere und Fische, während die Erwachsenen der meisten von diesen undurchsichtig und pigmentiert sind und dem Meeresboden ähneln oder Ufer, wo sie leben. [6] [7] Ausgewachsene Wabenquallen und Quallen sind hauptsächlich transparent, wie ihr wässriger Hintergrund. [7] Der kleine Amazonasfisch Microphilypnus amazonicus und die Garnelen, mit denen es assoziiert wird, Pseudopalaemon gouldingi, so transparent sind, dass sie weiter "fast unsichtbar" sind, scheinen diese Arten je nach lokalem Hintergrund in der Umgebung zu wählen, ob sie transparent oder eher konventionell gesprenkelt (störend gemustert) sind. [8]

Reflexion Bearbeiten

Viele Fische sind mit stark reflektierenden Schuppen bedeckt, die wie versilbertes Spiegelglas aussehen. Spiegelung durch Versilberung ist bei Fischen des offenen Meeres weit verbreitet oder dominant, insbesondere bei denjenigen, die in den oberen 100 Metern leben. Wo Transparenz nicht erreicht werden kann, kann sie durch Versilberung effektiv nachgeahmt werden, um den Körper eines Tieres stark reflektierend zu machen. In mittleren Meerestiefen kommt das Licht von oben, so dass ein vertikal ausgerichteter Spiegel Tiere wie Fische von der Seite unsichtbar macht. Die meisten Fische im oberen Ozean wie Sardine und Hering werden durch Versilberung getarnt. [9]

Der marine Beilfisch ist seitlich (von Seite zu Seite) extrem abgeflacht, sodass der Körper nur Millimeter dick ist und der Körper so silbrig ist, dass er an Aluminiumfolie erinnert. Die Spiegel bestehen aus mikroskopischen Strukturen, ähnlich denen, die zur Strukturfärbung verwendet werden: Stapel von 5 bis 10 Guaninkristallen im Abstand von etwa ¼ einer Wellenlänge, um konstruktiv zu interferieren und eine fast 100-prozentige Reflexion zu erreichen. In den tiefen Gewässern, in denen der Beilfisch lebt, dringt nur blaues Licht mit einer Wellenlänge von 500 Nanometern nach unten und muss reflektiert werden, daher bieten Spiegel im Abstand von 125 Nanometern eine gute Tarnung. [9]

Bei Fischen wie dem Hering, die in flacheren Gewässern leben, müssen die Spiegel eine Mischung von Wellenlängen reflektieren, und der Fisch hat dementsprechend Kristallstapel mit unterschiedlichen Abständen. Eine weitere Komplikation für Fische mit im Querschnitt abgerundeten Körpern besteht darin, dass die Spiegel flach auf die Haut gelegt wirkungslos wären, da sie nicht horizontal reflektieren würden. Der Gesamtspiegeleffekt wird durch viele kleine Reflektoren erreicht, die alle vertikal ausgerichtet sind. [9] Silber wird bei anderen Meerestieren sowie bei Fischen gefunden. Die Kopffüßer, einschließlich Tintenfisch, Tintenfisch und Tintenfisch, haben mehrschichtige Spiegel aus Protein statt Guanin. [9]

Gegenlicht Bearbeiten

Gegenbeleuchtung durch Biolumineszenz an der Unterseite (ventraler Bereich) des Körpers findet sich bei vielen Arten, die im offenen Meer bis in etwa 1000 Meter Tiefe leben. Das erzeugte Licht erhöht die Helligkeit eines Tieres, wenn es von unten gesehen wird, um es der Helligkeit der Meeresoberfläche anzupassen. Es ist eine wirksame Form der aktiven Tarnung. Es wird insbesondere von einigen Tintenfischarten wie dem Mittelwasserkalmar verwendet. Abralia veranyi. Diese haben lichterzeugende Organe (Photophoren), die über ihre gesamte Unterseite verstreut sind und ein funkelndes Leuchten erzeugen, das verhindert, dass das Tier von unten als dunkle Gestalt erscheint. [10] Gegenlichttarnung ist die wahrscheinliche Funktion der Biolumineszenz vieler Meeresorganismen, obwohl Licht auch erzeugt wird, um Beute anzulocken [11] oder um Beute zu erkennen [12] und um zu signalisieren.

Gegenschattierung Bearbeiten

Oben/unten-Gegenschattierung ist bei Fischen wie Haien, Marlins und Makrelen sowie bei Tieren in anderen Gruppen wie Delfinen, Schildkröten und Pinguinen üblich. Diese Tiere haben dunkle Oberseiten, um den Tiefen des Ozeans zu entsprechen, und helle Unterseiten, um zu vermeiden, dass sie auf der hellen Meeresoberfläche dunkel erscheinen. [13] [14]

Mimesis Bearbeiten

Mimesis wird von Tieren wie dem grünen Seedrachen praktiziert, Phycodurus eques, und der Blattskorpionfisch, Taenianotus triacanthus, die Pflanzenteilen ähneln und ihre Körper sanft wie von einer Strömung bewegt wiegen. [15] [16] Bei den Fischarten Novaculichthys taeniourus, dem Rockmover oder dem Drachenlippfisch, gibt es einen auffallenden Unterschied im Aussehen zwischen den Erwachsenen und den Jungfischen. Ein jugendlicher Rockmover ähnelt einem losen Stück Seegras. Es schwimmt in vertikaler Position mit dem Kopf nach unten und verhält sich so, dass es sich perfekt an die Bewegung eines Seetangs erinnert: sich in der Woge hin und her bewegen, als wäre es leblos. [17]

Selbstdekoration Bearbeiten

Selbstdekoration wird von Tieren in verschiedenen Gruppen eingesetzt, darunter Dekorateurkrabben, die Materialien aus ihrer Umgebung sowie lebende Organismen anbringen, um sich zu tarnen. Zum Beispiel der japanische Einsiedlerkrebs, Eupagurus constans, hat das Hydroid Hydractinia sodalis wächst überall in der Schale, in der es lebt. Ein weiterer Einsiedlerkrebs, Eupagurus cuanensis, hat den aposematischen orangefarbenen Schwamm Suberites domuncula das bitter schmeckt und nicht von Fischen gefressen wird. [18]

In ähnlicher Weise verwenden Seeigel ihre Röhrenfüße, um Schmutz vom Boden aufzunehmen und an ihrer Oberseite zu befestigen. Sie verwenden Muscheln, Steine, Algen und manchmal Seeanemonen. [19]

Ablenkung Bearbeiten

Viele Fische haben Augenflecken in der Nähe ihres Schwanzes, eine Form der Automimik, um Angriffe vom verletzlichen Kopf und Auge abzulenken. Zum Beispiel, Chaetodon capistratus hat sowohl einen (störenden) Augenstreifen, um das Auge zu verbergen, als auch einen großen Augenfleck in der Nähe des Schwanzes, der den Eindruck erweckt, dass sich der Kopf am Schwanzende des Körpers befindet. [20]

Störung der Konturen Bearbeiten

Fische wie Dascyllus aruanus haben kühne Störmuster an den Seiten, die ihre Umrisse mit starken Kontrasten aufbrechen. Fisch wie Heniochus macrolepidotus haben ähnliche Farbbänder, die sich in weit vom Körper abstehende Flossen erstrecken und die Aufmerksamkeit von der wahren Form des Fisches ablenken. [21]

Einige Fische, die Algen nachahmen, wie die Anglerfische Antennarius marmoratus und Pterophryne tumida haben kunstvolle Vorsprünge und Stacheln, die mit einer komplexen störenden Farbgebung kombiniert werden. Diese haben die Wirkung, die charakteristischen "Fisch" -Umrisse dieser Tiere zu zerstören und ihnen zu helfen, als Algenstücke zu erscheinen. [22]

Adaptive Farbgebung Bearbeiten

Eine Vielzahl von Meerestieren besitzt eine aktive Tarnung durch ihre Fähigkeit, die Farbe schnell zu ändern. Mehrere bodenlebende Fische wie die Flunder können sich vor den unterschiedlichsten Hintergründen effektiv verstecken. Viele Kopffüßer, einschließlich Tintenfisch, Tintenfisch und Tintenfisch, verwenden in ähnlicher Weise Farbwechsel, in ihrem Fall sowohl zur Tarnung als auch zur Signalisierung. [23] Zum Beispiel der große blaue Oktopus, Oktopus cyanea, jagt tagsüber und kann sich den Farben und Texturen seiner Umgebung anpassen, um sowohl Raubtieren auszuweichen als auch sich der Beute zu nähern. Es kann einem Felsen oder einer Koralle, neben der es sich versteckt, perfekt ähneln. Um ein potenzielles Raubtier zu verscheuchen, kann es bei Bedarf Markierungen aufweisen, die den Augen ähneln. [24]

Wie alle Flundern, Pfauenflundern, Bothus mancus, haben eine ausgezeichnete adaptive Tarnung. Sie verwenden eine kryptische Färbung, um zu vermeiden, dass sie sowohl von Beutetieren als auch von Raubtieren entdeckt werden. Wenn möglich, kriechen sie auf ihren Flossen am Boden entlang, anstatt zu schwimmen, während sie ständig Farben und Muster ändern, um sie ihrem Hintergrund anzupassen. In einer Studie zeigten einige Flundern die Fähigkeit, das Muster in acht Sekunden zu ändern. Sie waren in der Lage, das Muster der Schachbretter, auf denen sie platziert wurden, anzupassen. Das Ändern des Musters ist ein äußerst komplexer Prozess, der das Sehvermögen und die Hormone der Flunder umfasst.Wenn eines der Fischaugen beschädigt oder vom Sand bedeckt ist, hat die Flunder Schwierigkeiten, ihr Muster an ihre Umgebung anzupassen. Immer wenn der Fisch jagt oder sich vor Raubtieren versteckt, vergräbt er sich im Sand und lässt nur die Augen hervorstehen. [25] [26] [27]

Ultra-Schwärze Bearbeiten

In der Tiefsee in Tiefen von mehr als 200 Metern filtert nur sehr wenig Sonnenlicht von der Meeresoberfläche. Räuber können jedoch Biolumineszenz verwenden, um Beute zu beleuchten und umgekehrt, indem sie sie durch das von ihnen reflektierte Licht erkennen. Mindestens 16 Arten von Tiefseefischen haben eine so extrem schwarze Haut, dass sie weniger als 0,5% des auf sie einfallenden Lichts bei einer Wellenlänge von 480 nm reflektiert. Die schwärzeste Art war in der räuberischen Gattung Oneirodes (Träumer), die nur 0,044% des Umgebungslichts reflektierten und im Bereich von 350 bis 700 nm fast so schwarz waren. [28]

Die Ultra-Schwärze wird durch eine dünne, aber kontinuierliche Partikelschicht in der Dermis, den Melanosomen, erreicht. Diese Partikel absorbieren beide den größten Teil des Lichts und sind so bemessen und geformt, dass sie den Großteil des Rests eher streuen als reflektieren. Die optimale Größe wurde mit 600 bis 800 nm vorhergesagt. Die optimale Form wurde in ähnlicher Weise als bohnenförmig vorhergesagt, wobei die lange Achse 1,5 bis 3,0 mal so lang wie die kurzen Achsen war. 14 von 16 Arten erfüllten diese Anforderungen. Modellrechnungen legen nahe, dass diese Tarnung die Entfernung, in der ein solcher Fisch gesehen werden kann, um den Faktor 6 im Vergleich zu einem Fisch mit einem nominellen Reflexionsvermögen von 2% reduzieren sollte. [28]

Arten mit dieser Anpassung sind im Stammbaum der Knochenfische (Actinopterygii) weit verbreitet und kommen in mindestens einer Art in jeder der Ordnungen Anguilliformes, Stomiiformes, Myctophiformes, Beryciformes, Ophidiiformes, Perciformes und Lophiiformes vor. Diese Verteilung wiederum impliziert, dass die natürliche Selektion die konvergente Evolution der Ultra-Schwarzheit-Tarnung viele Male unabhängig voneinander vorangetrieben hat. [28]


Auszug: 'Sex, Drogen und Seeschleim'

Sex, Drogen und Meeresschleim: Die seltsamsten Kreaturen der Ozeane und warum sie wichtig sindVon Ellen PragerHardcover, 216 SeitenUniversity of Chicago PressListenpreis: $26

Mega-Schleim, Verführung und Formveränderung

Innerhalb der Meeresbewohner gibt es einige Organismen, deren stumpfes oder vertrautes Gesicht eine geheime und seltsame Lebensweise verbirgt. Dies ist der Fall bei einem aalähnlichen Fisch mit uralten Ursprüngen, einem bekannten und sehr köstlichen Krebstier und einem Organismus mit beeindruckender Regenerationskraft, der sich als Unterwasser-Stamm verkleidet. Das Talent dieser drei Meeresbewohner – Schleimfisch, Hummer und Seegurke – ist beeindruckend. Der Schleimfisch kann übermäßig viel Schleim produzieren und sich zu einem Knoten zusammenbinden. Der Hummer ist mit supereinweichen Blastern ausgestattet, mit denen er einen mächtigen Trank schwingt, und wenn die Seegurke angegriffen wird, hat sie Abwehrkräfte, um die sie Science-Fiction-Autoren beneiden. Diese drei Organismen gehören definitiv zu den faszinierendsten und überraschendsten Bewohnern der Ozeane.

Der Hagfish

Einen Hexenfisch zu kennen heißt, einen Hexenfisch zu lieben – oder auch nicht. Eine gute Freundin von mir in Maine (du weißt, wer du bist) hat eine neue Art von Phobie entwickelt, von der sie überzeugt ist, dass sie beim Betreten des Golfs von Maine zum Schwimmen das Ziel von Schleimfischen sein wird. Ich habe versucht, sie davon zu überzeugen, dass dies kein Problem sein sollte, solange sie nicht oder fast tot ist, aber sie ist nicht überzeugt – Schleimfische sind aus gutem Grund ihr schlimmster Albtraum geworden.

Hagfishes sind blinde, kieferlose, schuppenlose und flossenlose Fische mit einem relativ flexiblen Knorpelskelett, das dem von Haien und Rochen ähnelt. Sie ähneln Aalen mit einem abgeflachten, ruderartigen Schwanz, dicker, schlüpfriger Haut und einem einzigen Nasenloch über ihrem Maul, um das sich mehrere stämmige, mit Widerhaken versehene Tentakel befinden. Interessanterweise haben sie auch vier kleine Herzen.

Ein Erwachsener ist normalerweise etwa einen halben Meter lang, obwohl bekannt ist, dass er eine beängstigende Größe von 1,4 Metern (4,6 Fuß) erreicht. Hagfishs leben in den Weltmeeren auf dem Grund, wo es relativ kühl ist. Einige Arten leben in flachen Gewässern, aber die meisten sind tiefer, bis zu mindestens 5.000 Metern (16.400 Fuß). Es wird geschätzt, dass in den tiefen Gewässern des Golfs von Maine Hunderttausende von Schleimfischen leben.

Obwohl der Schleimfisch ohne Kiefer ist, ist er nicht ohne Zähne oder ein Mittel, um Zugang zu zartem Fleisch zu erhalten. Es hat eine ausziehbare Zunge, die mit zwei gebogenen Reihen scharfer, horniger Zähne ausgestattet ist, die sich wie ein Buch öffnen und schließen. Direkt darüber hat der Schleimfisch einen Reißzahn, der verwendet wird, um Beute zu fangen und sie am Wegwinden zu hindern. Seine gezahnte Zunge und sein Hakengriff sind effektiv für die Nahrungsaufnahme von weichen Lebewesen wie Würmern und anderen kleinen Wirbellosen, aber nicht so praktisch, wenn es um Beute mit härterer Haut oder Schuppen geht. Hagfishes haben jedoch einen anderen, einfacheren Weg entdeckt, um an das schmackhafte, zarte Innere ihrer Opfer zu gelangen. Sie dringen durch offene Öffnungen ein, wie den Mund, die Kiemen oder ja, leider muss ich sagen, die Hintertür. Einmal in ihrer Beute (bereits oder größtenteils tot, ich schwöre), fressen Schleimfische an weichem Fleisch, Muskeln, Organen und Eingeweiden. Fischer kennen diese schlaue Taktik nur zu gut, denn manchmal erhalten sie beim Einholen ihres Fangs nur einen Fischhautsack voller Gräten und sich windender Schleimfische.

Neben ihrer grausigen Neigung, sich von Toten zu ernähren, sind Schleimfische bekannt für ihren Schleim, viel Schleim. Wenn ein Schleimfisch, alias Schleimmonster oder Schleimhexe, bedroht oder verletzt wird, setzt er Schleim aus Hunderten von Drüsen entlang seines Körpers frei. In wenigen Minuten kann ein Schleimfisch sieben Eimer mit Schleim füllen. Die Drüsen des Schleimfisches geben tatsächlich eine dicke weiße Flüssigkeit ab, die Schleimbläschen und Bündel fadenförmiger Zellen enthält. Wie sich abwickelnde Schnurbälle entwickeln sich die Fäden, verwickeln sich dann, verbinden sich mit dem Schleim, absorbieren Meerwasser und dehnen sich zu riesigen Mengen klebrigen, schleimigen Schleims aus. Hagefische verwenden ihren Schleim, um Raubtiere abzuschrecken und die Flucht zu erleichtern. Wenn sich ein Schleimfisch jedoch in seinem eigenen Schleim verfängt, kann er ersticken und ein äußerst unangenehmes Schicksal erleiden – den Tod durch Schmiere. Es hat daher ein paar nützliche Tricks entwickelt, um seinen eigenen Schleim zu beseitigen. Wenn Schleim in die Nase steigt, bläst der Schleimfisch ihn durch Niesen aus. Um seinen Körper von Schleim zu befreien, wickelt der Schleimfisch seinen Schwanz um seinen Körper und schiebt dann den Knoten in Richtung seines Kopfes, um sich von Schmiere zu befreien. Seine exzellenten Fähigkeiten zum Knotenbinden werden auch beim Füttern verwendet, um eine Hebelwirkung zu erzeugen und seine Fähigkeiten zum Zerreißen des Fleisches zu verbessern. Der Schleimfisch beißt in eine Unregelmäßigkeit in der Haut seiner Beute und schiebt dann einen Knoten in Richtung seines Kopfes, wodurch seine Zug- und Reißkraft verstärkt wird. Dieser Vorgang ist jedoch langsam und umständlich, daher ist es immer noch ein schnelleres und effizienteres Mittel, an die Öffnungen zu gehen, um Zugang zu den weichen, schmackhaften Innereien eines Opfers zu erhalten.

Hagfishe verbringen die meiste Zeit in Ruhe versteckt in Höhlen oder zwischen Felsen am Meeresboden. Sie können auch längere Zeit ohne Nahrung auskommen. Nach dem Erdbeben von Loma Prieta von 1989 überlebte der Schleimfisch im Moss Landing Marine Lab vierzehn Wochen lang ohne Nahrung. Sie reagieren jedoch schnell, wenn eine Mahlzeit zur Verfügung steht, und werden massenhaft zusammenlaufen, wenn am Meeresboden eine Fülle von Aas verfügbar wird, wie zum Beispiel ein toter Wal. Wissenschaftler, die Köderfallen in der Tiefsee untersuchen, stellen regelmäßig fest, dass sie von fressenden, sich windenden Schleimfischen wimmeln. Die Schleimfische haben ausgezeichnete Geruchs- und Tastsinne, sie schnüffeln bereitwillig nach Schwachen oder Toten. Bei einem gemütlichen Bad gibt es nicht viel zu befürchten, aber zumindest für mich ist eine Seebestattung keine Option mehr. Und was meine Freundin in Maine betrifft, sie verbreitet weiterhin die Nachricht über den gruseligen Schleimfisch. Einer ihrer Schüler ist eine Triathletin, die im Sommer in Neuengland an Wettkämpfen teilnimmt, wenn das Wasser relativ mild ist. Er zieht regelmäßig einen Neoprenanzug an, um nicht so sehr die Kälte, sondern den hinterhältigen Schleim abzuwehren. Positiv ist, dass er schneller schwimmt, wenn er nur weiß, dass die öffnungssuchenden Kreaturen da draußen sind.

Erstaunlicherweise gibt es einige Organismen im Meer, die Schleimfische appetitlich finden – Kabeljau und Haie sowie Kraken, Robben und Delfine machen aus diesen nicht so schönen Fischen schlüpfrige Mahlzeiten. Hagfish hat sich in den letzten 330 Millionen Jahren kaum verändert und gilt als einer der frühen Vorfahren von Wirbeltieren mit einer Gehirnhülle wie dem Menschen. Wenn Sie dachten, die Evolution von Primaten sei schwer zu schlucken, wie wäre es dann mit einem Schleimfisch in Ihrer Vorfahrenlinie?

Liebestrank #9

Sie wurden die Kakerlaken des Meeres genannt, galten bei den frühen Siedlern Amerikas als Junkfood und sind heute das Nonplusultra der gehobenen Küche. Aber selten werden Hummer für die Kraft ihres Urins, ihr asoziales Verhalten oder die Wachstumsschmerzen anerkannt, die sie regelmäßig ertragen müssen. In jahrzehntelanger Labor- und Feldforschung haben Wissenschaftler viele faszinierende und zum Teil skurrile Dinge über Hummer entdeckt. Und eine Warnung, wenn Sie weiterlesen möchten: Der Hummer auf Ihrem Teller sieht vielleicht nie ganz gleich oder so köstlich aus.

Es gibt über hundert Hummerarten, die in den Weltmeeren zu finden sind, darunter der klassische amerikanische Hummer mit großen Krallen, besser bekannt als Maine-Hummer. Es gibt auch Stachel-, Schlamm-, Speer-, Peitschen- und die schaufelartigen Pantoffel-Varianten. Ihre Farbtöne variieren von der typischen grünlich-braunen über hellbraune oder rote bis hin zu einer fast bläulichen Farbe. Aufgrund seltener Mutationen kann der bekannte Maine-Hummer manchmal in leuchtendem Blau, Weiß oder einer seltsamen halben und halben Färbung gefunden werden. Der grundlegende Körperbauplan eines Hummers sieht ungefähr so ​​aus – eine äußere harte Schale oder ein Panzer, ein Kopf, der mit dem Oberkörper verschmolzen ist, zwei gestielte, bewegliche und Facettenaugen, eine Schwanzflosse und zehn Beine. Was Köche und Gäste normalerweise den Schwanz nennen, ist eigentlich der muskelbeladene, segmentierte Bauch des Tieres. Die festen Bauchmuskeln des Hummers sind vom Gebrauch bei schnellen Schwimmausbrüchen gut durchtrainiert, wie jeder weiß, der versucht hat, einen zu fangen. Sie verwenden schnelle Kontraktionen ihrer Bauchmuskeln, um mit dem Schwanz zu schlagen und nach hinten zu sprinten. Früher dachten Wissenschaftler, dass Hummer hauptsächlich Aasfresser seien, aber jetzt glaubt man, dass sie aktive Sammler sind und manchmal Raubtiere aus dem Hinterhalt überfallen. Sie benutzen ihre Krallen, Kiefer und Beine zum Zerquetschen, Ergreifen, Schneiden und ein bisschen Würfeln. Auf der Speisekarte für Hummer stehen Weichtiere wie Muscheln, Venusmuscheln und Jakobsmuscheln sowie Seeigel, Würmer und Krabben. Es wurde auch beobachtet, dass einige Hummer Fisch oder Filterfutter fressen und das Meerwasser nach groben Partikeln filtern. Wenn tote Fische vorhanden sind, fressen sie auch diese, und manchmal fressen sie sich sogar gegenseitig. Tatsächlich ist bekannt, dass Hummer viele Dinge aufnehmen, darunter Plastikstücke, Teebeutel, Wolle und sogar einen rostigen Nagel. Im Allgemeinen scheinen ausgewachsene Hummer jedoch einen anspruchsvollen Gaumen zu haben, mit einer Vorliebe für frische Schalentiere, Krabben oder Seeigel.

Die meisten Hummer, besonders in relativ flachen Gewässern, sind Nachteulen, nachtaktive Sammler. Kurz nach Sonnenuntergang verlassen sie den Schutz ihrer Höhlen, um auf die Pirsch zu gehen. Wenn sie zurückkehren, oft kurz vor Sonnenaufgang, können sie in den Schutzraum gehen, von dem sie ausgegangen sind, oder den nächstgelegenen verfügbaren Platz zum Schutz suchen. Für den karibischen Langusten ist ein gutes Versteck am besten, wenn er auch in Gesellschaft ist. Es sucht nach Spalten, Überhängen oder Korallenaufschlüssen, die Verbergung und Schutz bieten und andere Langusten enthalten. Mehr ist besser, um Raubtiere wie Haie oder Zackenbarsche abzuwehren, denn eine Wand aus wehenden peitschenartigen Stacheln mit winzigen Stacheln muss so manchen hungrigen Eindringling abschrecken. Praktisch ist auch eine Hintertür für Fluchtwege, und viele Hummerlöcher haben zwei Ein- oder Ausgänge. Der erwachsene Maine-Hummer hingegen scheint seine Nachbarn nicht so gern zu haben und wird erbittert um die Vorherrschaft und die besten Unterstände kämpfen.

Natürlich sind die besten Höhlen für diese Hummer nicht nur gut zum Schutz, sie führen auch zu mehr Partnern, mehr Sex und wahrscheinlich mehr Nachkommen. Was bestimmt einen Sieger in den Machtkämpfen des Maine-Hummers? In diesem Fall spielt die Größe eine Rolle – die Klauengröße also.

Untersuchungen legen nahe, dass der Maine-Hummer typischerweise eine kämpferische, promiskuitive Kreatur ist. Unterwasserschlachten schaffen eine Hierarchie, die es dominanten Männern ermöglicht, erstklassige Immobilien zu erhalten und damit die meisten Partner anzuziehen. Posieren und Vorführungen lösen einige Konfrontationen, während andere in einer Schlägerei, einem Boxkampf oder einem brutalen Kampf auf Leben und Tod enden. Einige Hummer meiden Gegner alle zusammen und rennen vor einem Kampf davon oder ziehen sich mit ein paar Schwanzschlägen schnell zurück. Hummer, die sich entscheiden, sich zu engagieren, beginnen damit, sich gegenseitig einzuschätzen, ihre Fühler hin und her zu peitschen, um ihre Gegner zu fühlen und zu erschnüffeln. Sie können dann in einem Armdrücken-Krafttest schieben, schubsen und Kralle an Kralle verriegeln. Im Kampf gewinnt manchmal der Hummer, der zuerst eine Klaue zieht, wie ein Duell im westlichen Stil, oder sie können sich gegenseitig bei einer Partie "Hühnchen" auf die Probe stellen. Im Extremfall können Krallen oder andere Gliedmaßen von ihren Körpern gerissen oder gerissen werden. Glücklicherweise können Hummer die meisten ihrer Anhängsel regenerieren. Wenn ein Auge jedoch verloren geht, können sie es nicht nachwachsen, und seltsamerweise kann ein anderes Anhängsel an seiner Stelle wachsen, wie zum Beispiel ein seltsam gelegenes Laufbein. Und wenn es nötig sein sollte, kann sich ein Hummer die eigenen Gliedmaßen abwerfen oder abschneiden, eine clevere Fluchttaktik, vor allem, wenn Sie das verlorene Glied nachwachsen lassen können. In großen Panzern wurde beobachtet, dass einige siegreiche Hummer den Besiegten Gnade erweisen, während andere nicht so freundlich sind und den Verlierer verstümmeln oder zu Tode hacken können. Untersuchungen haben auch ergeben, dass Hummer bei Kämpfen wirklich sauer werden – buchstäblich.

Ob als Vorstufe zum Kampf oder als Vorspiel, wenn Maine-Hummer aufeinandertreffen, ist Pinkeln wichtig. Sie sind gut ausgestattet und bestückt, um ihren Urin gut zu verwerten. Jeder Hummer hat ein Paar muskulöser Düsen, die sich direkt unter seinen Antennen befinden – ein Doppelsatz eingebauter Piss-Blaster, die mit einem reichlichen Urinvorrat verbunden sind, der in zwei Blasen gespeichert ist, die sich ebenfalls in seinem Kopf befinden. Um seine Reichweite zu erhöhen, kann ein Hummer mit seinen Kiemen und Mundwerkzeugen Wasserströmungen erzeugen, die es ihm ermöglichen, ein Ziel wie das Gesicht eines Gegners zu erreichen, das etwa sieben Körperlängen oder etwa 1,5 Meter entfernt ist. Hummer schnüffeln aktiv nach Unterwasser-"Gerüchen" oder Chemikalien, indem sie ihre kleineren Antennen oder Antennen hin und her bewegen. In Laborstudien ist es am wahrscheinlichsten, dass der Hummer, der zuerst pinkelt und den "süßesten" riechenden Urin hat, zusammen mit der größten Klaue im Kampf am ehesten gewinnt. Der Wirkung des Hummerurins liegen Hormone zugrunde, die die Aggression zu kontrollieren scheinen, und zusätzliche Chemikalien oder Pheromone, die wie die Version von "Love Potion #9" dieses langbeinigen Krebstieres wirken.

Als sich ein Weibchen aus Maine einem Tierheim nähert, das heiß auf Action ist, schnuppert sie nicht nur nach der Pisse eines Männchens, sondern lässt auch einen eigenen Strom los. Ihr Urin kann einen einst brutalen Mann fügsam und sogar empfindlich machen. Anstatt dem Weibchen mit seiner zermalmenden Klaue über den Kopf zu schlagen, schwenkt das verführte Männchen seine Fühler sanft über ihren Körper, als sie seine Höhle betritt. Gelegentlich kann der Liebestrank einer Frau nicht voll wirksam sein und sie kann abgelehnt werden, besonders wenn sie nicht darauf vorbereitet ist, aus ihrer Schale zu kommen – und das nicht im übertragenen Sinne. Vor der Paarung häutet sich ein Weibchen, wodurch sie weich und verletzlich wird und ihre relevanten Intimbereiche für das Männchen zugänglich sind. Auf diese Weise versorgt sie ihren Partner auch bequem mit einem nahrhaften postkoitalen Snack, ihrer Häutung. Nach der Paarung kann ein Weibchen einige Tage damit verbringen, sich im Schutz des Männchens von seiner Häutung zu erholen. Dann geht sie einfach weg und ein neuer weiblicher Hummer wird kommen, um zu rufen. Dominante Männchen werden immer wieder zu einer kontinuierlichen Reihe von kurzfristigen Affären verführt, während die Weibchen scheinbar entscheiden, wann und mit wem sie sich paaren. Die untergeordneten Männchen, die keine Schlachten gewinnen oder die besten Verstecke bekommen, werden manchmal ein paar Überbleibsel der dominanten Männchen bekommen, aber ohne eine große, attraktive Wohnung zum Teilen bleiben sie hauptsächlich frustrierte Junggesellen auf dem Markt.

Weibliche Hummer können die Spermien der Männchen bis zu drei Jahre lang speichern und damit mehrere Eizellen befruchten. Sie können Zehntausende von Eiern tragen, die etwa zehn Monate lang unter ihrem Bauch geklebt sind, bevor sie schlüpfen. In ihren Larvenstadien schließen sich die jungen Hummer je nach Art und Umgebungsbedingungen für Tage, Wochen oder möglicherweise Monate in die Reihen des Planktons ein. Jeder Baby-Hummer durchläuft mehrere Entwicklungsstadien, bevor er in seine vertrautere Form heranwächst und ein Leben am Meeresboden annimmt. Juvenile Hummer leben in der Regel in flachen, geschützten Küstenlebensräumen, bis sie groß genug sind, um in größeren Tiefen sicher herumzustreifen.

Für Hummer ist die Häutung ein wichtiger Teil der Paarung, eine lebenslange Notwendigkeit und zumindest konzeptionell ein schmerzhafter Prozess. Wie andere Krebstiere muss ein Hummer, wenn er wächst, sich häuten, um seinen starren Panzer durch einen größeren zu ersetzen, der einen größeren Körper aufnehmen kann, ähnlich wie in einem kleinen Kompaktwagen für einen Minivan. Ausgewachsene Hummer können sich mehrmals im Jahr häuten, Jungfische müssen dies häufiger tun, da sie schneller wachsen als die ausgewachsenen Hummer. Aber sie springen nicht einfach aus einer Schale und lassen eine andere wachsen, es ist ein langwieriger, faszinierender Prozess, und Hummer verbringen einen Großteil ihres Lebens damit, die damit verbundenen Veränderungen durchzumachen. Die Häutung beginnt mit einer ernsthaften Diät, da ein Hummer einen Teil seiner Masse verlieren muss. Gleichzeitig beginnt sich unter seiner Schale ein neues, hauchdünnes Exoskelett zu bilden und sein Blut wird von seinen äußeren Anhängseln, wie den Krallen, Stacheln oder Beinen, in seinen Körper geleitet. Dann ist es Zeit für einen Drink, einen richtig großen Drink. Ein Hummer schluckt Wasser, sodass sein Körper anschwillt und sein alter Panzer auseinandergedrückt wird. Im Wesentlichen führen einige ernsthafte Blähungen dazu, dass sich der Hummer öffnet, aushängt und buchstäblich aus allen Nähten platzt. Auf der Seite liegend, mit etwas Gleitschleim bestrichen, muss ein Hummer dann seinen Körper, einschließlich der Fühler, Beine, Stacheln, Klauen und Mundwerkzeuge, aus den Überresten seiner alten Schale herausziehen. Für Maine-Hummer, insbesondere solche, die im Klauenbereich gut ausgestattet sind, muss der Prozess besonders schwierig und möglicherweise schmerzhaft sein. Sie müssen ihre großen, aufgedunsenen Krallen durch die schlanken, gegliederten Handgelenke des alten Panzers ziehen. Denken Sie daran, geschwollene Hände durch ein Paar Handschellen zu drücken – und sie müssen es jedes Mal tun, wenn sie sich häuten. Sobald seine Anhängsel durch sind und das letzte Stück seiner Schale abgeschüttelt wurde, ist der neu aufgetauchte Hummer oder "Shedder" eine schlaffe, geleeartige Kreatur, die versucht, auf wackeligen Beinen mit einer Schale von der Konsistenz dünner, faltiger Plastikfolie aufzustehen.Dann geht es wieder darum, dass das aufgeblähte Trinkwasser seine Größe noch weiter aufbläht, damit es nach dem Aushärten in seinem neuen Panzer Platz zum Wachsen hat. Ein Hummer verschlingt normalerweise einen Teil seiner alten Schale, um eine Megadosis an Mineralien und Nährstoffen zu erhalten.

Das Ablösen kann nur einige Minuten dauern oder bis zu einer halben Stunde dauern. Es ist eine gefährliche Zeit für die Hummer, da sie unbeweglich und wehrlos sind. Sie können sich für mehrere Tage zurückziehen und erst wieder auftauchen, wenn ihre neuen Schalen zu härten begonnen haben. Die ersten Körperteile, die sich versteifen, sind die kritischsten für die Nahrungssuche, wie die Spitzen der Gehbeine und die Mundwerkzeuge. Es kann mehrere Monate dauern, bis der Panzer des Hummers vollständig ausgehärtet ist. Maine-Hummer häuten sich hauptsächlich in den relativ warmen Sommermonaten.

Der karibische Languste hat vielleicht nicht die brutalen Zusammenstöße oder sozialen Rankings des Maine-Hummers, aber er zeigt mindestens zwei sehr merkwürdige und einzigartige Verhaltensweisen. Kurz nach dem ersten Herbststurm beginnen Langusten an Orten wie den Bahamas, Florida, Kuba, dem Golf von Mexiko und Mittelamerika eine zwei- bis dreiwöchige Wanderung in tiefere, vorgelagerte Gewässer. Viele Meeresorganismen machen lange Wanderungen, einige viel länger als die des Langusten, aber nur wenige andere tun dies mit solcher Art. Während ihrer Herbstwanderung durchqueren Tausende von Hummern den offenen Boden und marschieren in einer erstaunlichen Einzelreihe, die als Warteschlange bekannt ist. Sie reihen sich von Kopf bis Schwanz auf, wobei jeder Hummer dem vorausgehenden dicht folgt, geleitet von der Berührung seiner Antennen. Die Bewegung der Hummer scheint andere dazu zu verleiten, ihre Unterstände zu verlassen und sich dem Krebstierzug anzuschließen. Wissenschaftler glauben, dass eine Schlange gebildet wird, um den Luftwiderstand zu reduzieren, wie ein professioneller Radfahrer, der hinter dem Rennfahrer vor ihm fährt. Es kann auch helfen, Raubtiere zu verhindern oder die Orientierung beim Marschieren zu erleichtern. Es wird angenommen, dass die Langusten in tiefere Gewässer vordringen, um die relativ kalten Temperaturen zu vermeiden, die durch Stürme in den Herbst- und Wintermonaten verursacht werden. Es ist bekannt, dass andere Hummer saisonal zwischen Schutzräumen und Lebensräumen wandern, aber der Languste ist möglicherweise der einzige, der einen Offshore-Express in einer Reihe schafft. Experimente deuten darauf hin, dass Hummer das Erdmagnetfeld als Orientierungshilfe für die Navigation im offenen Ozean verwenden und dass chemische Signale sie zu bestimmten Revieren oder Orten führen können.

Der scharfe Geruchssinn des Langusten scheint ihm auch eine außergewöhnliche medizinische Diagnosefähigkeit zu verleihen, von der Ärzte nur träumen können. Mark Butler, Professor an der Old Dominion University, und Donald Behringer, Forscher an der University of Florida, entdeckten, dass junge Langusten erkrankte Nachbarn aktiv meiden. Dieser normalerweise soziale Hummer wird Höhlen meiden, in denen Hummer mit einer tödlichen, pathogenen Krankheit infiziert sind, und sie im Wesentlichen unter Quarantäne stellen. Noch erstaunlicher ist, dass die jungen Langusten in der Lage zu sein scheinen, die Krankheit zu erkennen oder zu "riechen", bevor sie ansteckend wird. Butler schlägt vor, dass ihre Verhaltensänderung eine Anpassung ist, um die Ausbreitung einer tödlichen Krankheit zu vereiteln, und dass dies möglicherweise das einzige bekannte Beispiel für diese Art von "Meiden" im Tierreich ist.

Selbst mit ihren zerschmetternden Klauen, stacheligen Schwertern, schildähnlichen Panzern und natürlich Super Soaker-Pin-Blastern sind Hummer für Raubtiere nicht unverwundbar. Eine breite Palette von Kreaturen findet Hummer vorzüglich, darunter Fische, Haie, Meeresschildkröten, Kraken und natürlich die am meisten gefürchteten Menschen. Für diejenigen unter Ihnen, die gerne das ekelhafte, klebrige grüne Zeug im Körper eines Hummers, die Tomalley, essen, ist es die Leber und die Bauchspeicheldrüse zusammen, die als Filter wirken und im Laufe der Zeit Schadstoffe oder Toxine ansammeln können. Auf diese eher fragwürdige Köstlichkeit sollte man wohl am besten verzichten.

Gestaltwandler

Die bescheidene Seegurke sitzt wie ein Baumstamm auf dem Meeresboden und mag ihrem Namensgeber aus dem Garten oder Lebensmittelgeschäft ähneln, aber diese Kreatur ist alles andere als ein schlichter Klumpen, sie ist mit einigen ganz besonderen Fähigkeiten ausgestattet. Seegurken sind röhrenförmig und in verschiedenen Farben erhältlich, wie zum Beispiel beige, grün oder schwarz, mit holpriger, ledriger Haut, die eine typische Länge von etwa 15 bis 25 Zentimeter (6 bis 10 Zoll) erreicht. Das ist die Gartensorte Seegurke. Tatsächlich gibt es mehr als tausend beschriebene Arten, und viele von ihnen sind eher eine von der Natur verwilderte Version ihres Frucht-Looks. Richtig, Gurken sind in der Tat eine Frucht, kein Gemüse – man weiß nie, welche interessanten Tatsachen bei einer Buchrecherche auftauchen! Seegurken können in psychedelischen Farbtönen von elektrischem Blau, leuchtendem Lila oder schockierendem Rot gekleidet sein und Stacheln oder Rüschen tragen oder fast pelzig erscheinen. Die riesige rote oder kalifornische Seegurke ist die größte ihrer Art und erreicht eine monströse Länge von fast einem Meter (30 Zoll). Mein Favorit ist die Chocolate Chip Seegurke, die mit braunen Hautfalten bedeckt ist, die denen eines Shar-Pei-Welpen ähneln und mit schwarzbraunen Flecken gesprenkelt sind. Seegurken kommen weltweit vor, von der Tiefsee bis zu seichten Ufern, und können im Schlamm, im Sand, auf Felsen oder in Korallenriffen leben. Sie hängen am Boden an oder bewegen sich träge auf fünf Reihen kleiner Rohrfüße, die über eine interne Meerwasserhydraulik aus- oder eingefahren werden.

Für Seegurken dreht sich das Leben nur darum, leckere Partikel organischer Materie zu finden. Einige Seegurken filtern Meerwasser, um diese leckeren Stücke zu erhalten, andere verwenden schleimbedeckte Tentakel, die sie aufrichten oder über den Meeresboden streichen. Sie nehmen ihre Tentakel in den Mund, lecken die eingeschlossenen Partikel ab und lassen dann ihre klebrigen Sammler wieder los, um mehr Nahrung zu sammeln. Es gibt auch einige Schlürfer, diese Seegurken kriechen über den Meeresboden und schlürfen im Sand oder Schlamm, um die organischen Stoffe herauszusieben. Wenn die Seegurke bedroht wird, zeigt sie ihr wirklich seltsames Wesen.

Seegurken sind echte Gestaltwandler, wenn Raubtiere in ihrer Nähe ihre Haut von hart und klumpig in etwas weniger appetitliches verwandeln können, ähnlich einem gallertartigen Schleim. Wenn Gefahr droht, werden sie buchstäblich zu Brei! Seegurken haben ein anderes sehr wirksames und ziemlich ekelhaftes Mittel, um Raubtiere abzuschrecken: Sie weiden ihr Inneres aus und stoßen bereitwillig ihr Inneres als Köder oder Falle aus. Einige Seegurken stoßen eine klebrige Spaghetti aus weißen Röhrchen aus, während andere ihre eigentlichen inneren Organe freigeben. Ein Raubtier wie ein Fisch oder ein Seestern kann sich in der schleimigen Masse verfangen oder lange genug abgelenkt sein, damit die Seegurke langsam davonkriecht. Stellen Sie sich den Schock im Gesicht eines Straßenräubers vor, wenn Sie auf Verlangen Ihr Inneres loslassen könnten. Erstaunlicherweise überlebt die Seegurke nicht nur, sondern regeneriert in nur drei bis fünf Wochen auch ihre inneren Organe. Es sei denn, Sie mögen eine Handvoll Eingeweide, es ist unklug, eine Seegurke aufzuheben oder zu belästigen. Einige Seegurken scheiden auch ein Gift aus, das Aquarianer verblüffen kann, wenn sie diese scheinbar friedliche Kreatur in ihr Aquarium geben und eine Massensterblichkeit folgen.

Relativ neue Forschungen haben auch herausgefunden, dass es in der Tiefsee seltsame, durchscheinende Seegurken gibt, die schwimmen können – na ja, schwimmen sieht eigentlich eher wie Fliegen aus. Sie haben vorne und/oder hinten spezialisierte flügelartige Klappen (übrigens oft schwer zu unterscheiden) und können abheben, weit schwimmen und dann wieder auf dem Meeresboden landen. Diese Anpassung soll es ihnen ermöglichen, Nahrung in der Tiefsee effizienter zu finden, wo die Speisemöglichkeiten oft sehr begrenzt sind und in regelmäßigen Abständen von oben kommen können.

Ich befragte eine Gruppe von Studenten, die Meeresbiologie an der Rosenstiel School of Marine and Atmospheric Science der University of Miami studierten, welche Kreatur ihrer Meinung nach die ungewöhnlichsten der Ozeane sei. Eine junge Frau reagierte sofort: Ihre Nominierung war der Perlfisch und seine einzigartige, eher skurrile Verwandtschaft mit Seegurken.

Die Assoziation des Perlfisches mit der Seegurke hängt davon ab, dass die Seegurke durch ihren Hintern atmet. Durch den „Hintereingang“ strömt Wasser ein und umspült die Atmungsorgane des Tieres, wobei Sauerstoff verbraucht und Kohlendioxid freigesetzt wird. Das Wasser fließt dann so wieder heraus, wie es hereingekommen ist. Die winzigen Perlfische haben die Fähigkeit entwickelt, die chemische Signatur des Atemausflusses der Seegurken zu erkennen. Dies ist für einen Perlfisch nach einer Nacht der Nahrungssuche nützlich, wenn er tagsüber einen schützenden Unterschlupf sucht. Wie eine hitze-, ich meine einen Hintern-suchende Rakete, nutzt der Perlfisch seine Erkennungsfähigkeiten, um eine Seegurke zu finden und durch die Hintertür einzudringen. Sein Versteck in der Seegurke bringt einen zusätzlichen Vorteil mit sich, es ist bereits gut mit Proviant bestückt. Der Perlfisch knabbert an den Atmungs- oder Fortpflanzungsorganen seines Wirts. Verständlicherweise sind einige Seegurken keine willigen Wirte und stoßen ihre Atmungs- oder Verdauungsorgane aus, um die hinterhältigen kleinen Fische abzuschrecken. Eine Seegurkenart geht sogar noch weiter, da sie eine abschreckende Wirkung entwickelt hat: eine mit Zähnen gesäumte Rückseite, um den listigen Perlfisch abzuwehren.

Warum sie wichtig sind

Seegurken, Schleimfische und Hummer spielen alle eine wichtige Rolle im Ökosystem der Ozeane und haben sowohl offensichtliche als auch subtilere Verbindungen zu unserem Alltag. Im Lebensnetz des Meeres spielen Schleimfische und Hummer sowohl als Aasfresser als auch als Räuber eine Duellrolle. Als Raubtiere halten diese Tiere Beutepopulationen in Schach und entfernen Schwache oder Kranke aus dem Genpool. Als Verbraucher transportieren sie auch Energie in Form von Kohlenstoff (organischem Material) durch das Ökosystem Ozean nach oben. Hummer und Schleimfische ernähren auch die Organismen, die sie fressen, wie Fische, Haie oder Meeressäuger. Seegurken bieten auch Nahrung für andere Organismen, darunter Meeresschildkröten, Seesterne, einige Krebstiere und viele Fische.

Als Aasfresser gehören Hummer, Schleimfisch und Seegurke zur Reinigungscrew der Ozeane. Die Hexenfische sind wahrscheinlich die besten der Gruppe und bieten ein schnelles und effektives Mittel, um die toten und verrottenden Meere zu beseitigen, von einem 100-Tonnen-Wal bis hin zu den Rückständen eines industriellen Fischereischiffs. Tatsächlich wird angenommen, dass die Praxis des Abladens von unerwünschten oder zu kleinen Fischrückständen zu einem Anstieg einiger Schleimfischpopulationen geführt hat. Seegurken säubern sowohl das Wasser als auch die Sedimente. Wo filtrierende Seegurken reichlich vorhanden sind, spielen sie eine besonders wichtige Rolle bei der Förderung der Wasserklarheit und -qualität. Das Schlürfen von Seegurken entzieht den Sedimenten organisches Material. Ähnlich wie Regenwürmer in einem Garten tragen auch Seegurken und andere Kreaturen, die sich in den Sedimenten des Meeresbodens graben oder fressen, dazu bei, den Boden belüftet und gut durchmischt zu halten.

Für die meisten von uns klingt Hummer sicherlich appetitlicher als ein schöner Teller Schleimfisch oder in Scheiben geschnittene Seegurke. In Asien essen die Menschen jedoch sowohl Schleimfische als auch Seegurken. Stellen Sie sich den aalartigen Schleimfisch vor, der in S-förmigen Falten aufgespießt wird und dann eine geröstete Schleimhexe am Stiel. Oder wie wäre es mit einem schönen Abendessen mit geschmorter Seegurke oder einer Beilage, die in schwarzer Pfeffersauce gebraten wird? Die fermentierten Eingeweide der Seegurke, auch bekannt als eingelegte Gonaden und Därme, gelten in Japan als Delikatesse. Die Leute sagen mir, dass Seegurken ziemlich einfach schmecken und ähnlich wie Tofu den Geschmack von allem, in dem sie gekocht wird, aufsaugen. Ein kulinarischer Berater schlägt sogar vor, dass kein Gourmet auf die saftige, geleeartige Textur einer Seegurke verzichten sollte . Ich muss solche Ratschläge auf vielen Ebenen hinterfragen.

Wenn es um beliebtere Meeresfrüchte geht, ist der Hummer eine leckere Ikone. Die Vielfalt der Serviermöglichkeiten scheint endlos zu sein – der klassische gedünstete Hummer, das Hummerbrötchen, gebacken, gefüllt, auf dem Grill, überzogen mit einer reichhaltigen Sahnesauce, gebraten, pochiert und jetzt als Zubereitungsart Mac und Käse ein lukullischer Genuss. Hummer werden auf der ganzen Welt verkauft und können sogar direkt zu Ihnen nach Hause geliefert werden. Es ist ein Muss für Luxushotels, Restaurants und Kreuzfahrtschiffe. Hummerfleisch ist auch fett- und cholesterinarm – es ist die Butter zum Dippen, die bis zur Taille geht und die Arterien blockiert. Aber Hummer ist mehr als nur ein einfaches Essen. Dieses Meerestier ist zum Synonym für die Möglichkeit, sich das Beste leisten zu können, und ein wichtiger Bestandteil eines kulturellen, regionalen kulinarischen Erlebnisses geworden. Egal wie er gekocht oder serviert wird, Hummer ist viel mehr als nur Essen.

Der Bundesstaat Maine ist für den größten Teil des in den Vereinigten Staaten gefangenen Hummers verantwortlich, dessen Anlandungen im Jahr 2008 auf mehr als 300 Millionen Dollar geschätzt wurden. Eine Fahrt entlang der Küste von Maine ist alles, was Sie brauchen, um die Bedeutung des Hummers für die Region zu erkennen. Bilder des Krallenkrebses sind überall zu sehen, auf Schildern für Fischbuden am Straßenrand und schicke Restaurants oder Hotels, die Fenster, Türen und Briefkästen schmücken. In dieser Gegend der Welt sind Hummer wie Hot Dogs für Baseball oder Chips für Salsa, sie sind die Untermauerung von Tradition, Kultur und Tourismus. Menschen aus der ganzen Welt reisen nach Maine, um Hummer frisch aus dem Meer zu essen. Tausende von Menschen sind direkt und indirekt von der Industrie in der Fischerei, in der Verarbeitung, in Yachthäfen, in der Schifffahrt, in Hotels, Souvenirläden und in Restaurants beschäftigt. Und hier ist der Hummerfang ein ernstes Geschäft: Kämpfe um Fischgründe können hässlich werden, und illegaler Fischfang ist ein schweres Vergehen. Für die beteiligten Fischer ist es eine Lebensweise, die von Generation zu Generation weitergegeben wird und die sie leidenschaftlich verteidigen. 2009 hatte ich das Glück, mit Tommy, einem 78-jährigen Fischer, einen Tag auf einem Hummerboot vor der Küste von Maine zu verbringen. Als er seine Fallen zog, war ich der Bander der Hummerkrallen und half beim Nachködern. Es war ein regnerischer, rauer, windgepeitschter Tag auf dem Meer, was Tommy und seine Liebe zu diesem Job in keiner Weise abschreckte. Ich fragte, was ihn Tag für Tag am Laufen hielt und so viele Jahre lang jeden Tag Hunderte von Fallen schleppte. Er sagte, es sei einfach für ihn und viele andere wie ihn, es sei eine Liebe zum Meer und eine Neugier zu sehen, was jede Falle enthüllen würde. Mitten im Tag verstand ich seinen Ruf und spähte eifrig über die Reling des Bootes, während jede Falle hochgezogen wurde. Würde es einen Fisch, Krabben, große Hummer, kleine Hummer oder Weibchen mit Eiern geben, die zurückgeworfen werden müssten, um die Population zu erhalten? Es war ein unendlich faszinierender und produktiver Tag. Hoffentlich werden Hummer weiterhin für diese ozeanische, ozeanliebende Lebensweise sorgen, die die Küste von Maine so definiert und unterstützt.

Menschliche Gesundheit

Hier ist eine Überraschung – Schleimfische können sich als vorteilhaft für die menschliche Gesundheit erweisen. Das ist richtig, der Schleimfisch. Wissenschaftler interessieren sich sehr für ihr primitives Immunsystem, das sie seit langem vor Infektionen schützt. Es ist besonders faszinierend, wenn die Schleimfische dazu neigen, sich von den Toten zu ernähren, die normalerweise mit Bakterien und anderen Mikroben beladen sind. Forscher haben bereits drei wirksame antimikrobielle Breitbandverbindungen im Atlantischen Schleimfisch identifiziert, die ihre Fähigkeit zur Abwehr mikrobieller Krankheiten erklären könnten. Es wurde auch festgestellt, dass Hagfish Leberkrebs bekommt und ein Mittel zur Überwachung krebserregender Schadstoffe in der Meeresumwelt sein kann.

Auch in der biomedizinischen Forschung erweisen sich Seegurken als nützlich. Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass ein in Seegurken enthaltenes Protein ein wirksames Mittel sein kann, um die Entwicklung des Malariaparasiten zu hemmen. Andere Forschungen legen die Verwendung von Seegurkenextrakten zur Bekämpfung von Dickdarm- oder Bauchspeicheldrüsenkrebs nahe. Obwohl wissenschaftlich nicht bewiesen, werden Verbindungen aus Seegurken auch in Nahrungsergänzungsmitteln zur Behandlung von Arthritis gefördert. Man muss sich nur fragen, wie sie ihre inneren Organe regenerieren, um darüber nachzudenken, welche anderen medizinischen Anwendungen Seegurken eines Tages bieten könnten.

Anstatt Hummer zu essen, verwenden einige Wissenschaftler sie, um mehr über Biologie und Physiologie zu lernen. Forscher untersuchen ihre außergewöhnliche Fähigkeit, Nahrung, Rivalen und das andere Geschlecht zu erschnüffeln, um unser Verständnis des Geruchssinns zu verbessern. Die Ermittler untersuchen auch die Optik der Hummeraugen und untersuchen ihr Nervensystem und wie es die Fortbewegung und andere Körperfunktionen steuert.

In Korea wird die entschleimte Haut von Schleimfischen zur Herstellung von "Aalhaut"-Produkten wie Handtaschen, Schuhen, Brieftaschen und Aktentaschen verwendet. Der Schleim des Schleimses kann sich in der Biotechnologie an sich als wertvoll erweisen. Forscher untersuchen Schleimfäden von Schleimfischen als Analoga zu Spinnenseide. Douglas Fudge von der University of Guelph erklärt: „Wir zielen auf Hochleistungsanwendungen ab, die Polymere wie Kevlar ersetzen könnten, aber letztendlich wollen wir Materialien, die jeden Tag als selbstverständlich angesehen werden, wie Polyester, Polypropylen und Nylon, durch ersetzen solche aus nachwachsenden Rohstoffen." Denken Sie nur daran, dass Sie eines Tages biologisch abbaubares Material aus synthetischem Schleim von Schleim tragen oder verwenden könnten. In Neuseeland wird Schleim von Schleimfischen Berichten zufolge auch von den Maori als Reinigungsmittel verwendet.

Das geheime Leben von Schleimfisch, Hummer und Seegurke liefert hervorragende Beispiele für die seltsamen und wilden Dinge, die im Meer vor sich gehen. Diese drei Organismen veranschaulichen auch die Bedeutung selbst der bizarrsten Kreaturen für die Funktionsfähigkeit und Gesundheit der Ozeane. Und welche Kreatur könnte besser als der Hummer unsere langjährigen und starken Verbindungen zum Meer und den Meereslebewesen demonstrieren, obwohl alle drei Tiere in der biomedizinischen Forschung vielversprechend sind. Sowohl der Ozean als auch die Gesellschaft profitieren davon, wenn das Meer mit einer Fülle von schleimigen Schleimfischen, formwandelnden Seegurken und pinkelnden, verführerischen Hummern gefüllt ist.

Nachdruck mit freundlicher Genehmigung von Sex, Drogen und Meeresschleim: Die seltsamsten Kreaturen der Ozeane und warum sie wichtig sind von Ellen Prager, herausgegeben von der University of Chicago Press. Copyright 2011 Ellen Prager. Alle Rechte vorbehalten.


Informationen zum Autor

Mitgliedschaften

Departement Biologie, Institut für Mikrobiologie und Schweizerisches Institut für Bioinformatik, ETH Zürich, Zürich, Schweiz

Shinichi Sunagawa und Shinichi Sunagawa

Abteilung für Meeresbiologie und Ozeanographie, Institut für Meereswissenschaften – CSIC, Barcelona, ​​Spanien

Silvia G. Acinas und Silvia G. Acinas

Structural and Computational Biology, European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg, Deutschland

Peer Bork, Peer Bork & Stefanie Kandels

Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin, Berlin, Deutschland

Institut für Bioinformatik, Biozentrum, Universität Würzburg, Würzburg, Deutschland

Institut de Biologie de l’ENS, Département de Biologie, École Normale Supérieure, CNRS, INSERM, Université PSL, Paris, Frankreich

Chris Bowler, Chris Bowler, Eric Karsenti und Eric Karsenti

Research Federation for the Study of Global Ocean Systems Ecology and Evolution, FR2022/Tara GOSEE, Paris, Frankreich

Chris Bowler, Marcel Babin, Chris Bowler, Colomban de Vargas, Gabriel Gorsky, Nigel Grimsley, Lionel Guidi, Pascal Hingamp, Olivier Jaillon, Stefanie Kandels, Eric Karsenti, Magali Lescot, Christian Sardet, Lars Stemmann, Patrick Wincker, Damien Eveillard, Gabriel Gorsky, Lionel Guidi, Eric Karsenti, Fabien Lombard, Patrick Wincker und Colomban de Vargas

Université de Nantes, CNRS, UMR6004, LS2N, Nantes, Frankreich

Sorbonne Université, CNRS, Laboratoire d’Océanographie de Villefranche, Villefranche-sur-Mer, Frankreich

Gabriel Gorsky, Lionel Guidi, Christian Sardet, Lars Stemmann, Gabriel Gorsky, Lionel Guidi und Fabien Lombard

Stazione Zoologica Anton Dohrn, Neapel, Italien

Daniele Iudicone & Daniele Iudicone

Direktorenforschung, European Molecular Biology Laboratory, Heidelberg, Deutschland

Eric Karsenti & Eric Karsenti

Institut für Chemische Forschung, Universität Kyoto, Kyoto, Japan

Hiroyuki Ogata und Hiroyuki Ogata

PANGAEA, Universität Bremen, Bremen, Deutschland

Stéphane Pesant und Stephane Pesant

MARUM, Zentrum für Marine Umweltwissenschaften, Universität Bremen, Bremen, Deutschland

Stéphane Pesant und Stephane Pesant

Institut für Mikrobiologie, Ohio State University, Columbus, OH, USA

Matthew B. Sullivan & Matthew B. Sullivan

Department of Civil, Environmental and Geodetic Engineering, The Ohio State University, Columbus, OH, USA

Matthew B. Sullivan & Matthew B. Sullivan

Zentrum für RNA-Biologie, Ohio State University, Columbus, OH, USA

Matthew B. Sullivan & Matthew B. Sullivan

Génomique Métabolique, Genoscope, Institut de Biologie Francois Jacob, Commissariat à l’Énergie Atomique, CNRS, Université Evry, Université Paris-Saclay, Evry, Frankreich

Olivier Jaillon, Patrick Wincker & Patrick Wincker

Sorbonne Université und CNRS, UMR 7144 (AD2M), ECOMAP, Station Biologique de Roscoff, Roscoff, Frankreich

Colomban de Vargas, Fabrice Not und Colomban de Vargas

Département de Biologie, Québec Ocean and Takuvik Joint International Laboratory (UMI 3376), Université Laval (Kanada)–CNRS (Frankreich), Université Laval, Quebec, QC, Kanada

School of Marine Sciences, University of Maine, Orono, ME, USA

Emmanuel Boss & Lee Karp-Boss

European Molecular Biology Laboratory, European Bioinformatics Institute, Welcome Trust Genome Campus, Hinxton, Cambridge, UK

Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, MA, USA

CNRS UMR 7232, Biologie Intégrative des Organismes Marins, Banyuls-sur-Mer, Frankreich

Sorbonne Universités Paris 06, OOB UPMC, Banyuls-sur-Mer, Frankreich

Aix Marseille Universit/e, Université de Toulon, CNRS, IRD, MIO UM 110, Marseille, Frankreich

Pascal Hingamp & Magali Lescot

Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, East Boothbay, ME, USA

Nicole Poulton & Mike Sieracki

Abteilung für Mikrobiologie und Immunologie, Rega-Institut, KU Leuven, Leuven, Belgien

Zentrum für die Biologie von Krankheiten, VIB KU Leuven, Leuven, Belgien

Department of Applied Biological Sciences, Vrije Universiteit Brussel, Brüssel, Belgien

Institut für Geowissenschaften, Laboratoire de Météorologie Dynamique, École Normale Supérieure, Paris, Frankreich

Ocean Physics Laboratory, University of Western Bretagne, Brest, Frankreich

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Konsortien

Tara Oceans-Koordinatoren

  • Silvia G. Acinas
  • , Marcel Babin
  • , Peer Bork
  • , Emmanuel Boss
  • , Chris Bowler
  • , Guy Cochrane
  • , Colomban de Vargas
  • , Michael folgt
  • , Gabriel Gorsky
  • , Nigel Grimsley
  • , Lionel Guidi
  • , Pascal Hingam
  • , Daniele Iudicone
  • , Olivier Jaillon
  • , Stefanie Kandels
  • , Lee Karp-Boss
  • , Eric Karsenti
  • , Magali Lescot
  • , Fabrice Not
  • , Hiroyuki Ogata
  • , Stéphane Pesant
  • , Nicole Poulton
  • , Jeroen Raes
  • , Christian Sardet
  • , Mike Sieracki
  • , Sabrina Speich
  • , Lars Stemmann
  • , Matthew B. Sullivan
  • , Shinichi Sunagawa
  • & Patrick Wincker

Beiträge

S. Sunagawa und C.d.V. sind die Hauptautoren des Artikels und alle anderen Autoren, die zur Diskussion des Inhalts, zum Schreiben und Bearbeiten des Artikels beigetragen haben.

Korrespondierende Autoren


Leben in den Ozeanen

Mit Fanfare, die sogar außerhalb wissenschaftlicher Kreise einige Aufmerksamkeit erregten, kam die 10-jährige Zählung des Meereslebens am 1. Oktober zu einem Abschluss. Die Schlagzeilen und die Selbstbeglückwünschung waren verdient: Unser “Ozeanplanet” ist überwiegend mit Salzwasser bedeckt, und die Volkszählung war zahlenmäßig stark: 2.700 Wissenschaftler aus mehr als 80 Nationen gaben 650 Millionen US-Dollar aus, um das Leben im Salzwasser zu erforschen. In 25 Gruppen sichteten und sammelten die Wissenschaftler alte Daten und führten neue Studien zu 540 Feldexpeditionen durch.

Parade neuer Arten

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Der Census hat auch das bahnbrechende Ocean Biogeographic Information System entwickelt. Diese öffentliche Datenbank enthält 30 Millionen Datensätze zu mehr als 100.000 Meerestieren, die aus neuen Studien und etwa 800 bestehenden Datenbanken stammen, die für einen einfachen digitalen Zugang harmonisiert wurden (zumindest wird uns gesagt, dass wir unseren Lieblingshummer nicht in den Datenbank).

Der Aufwand war enorm, aber notwendig, wenn man bedenkt, dass etwa 71 Prozent unseres Planeten von Ozeanen bedeckt sind. Aus Gründen der Abgelegenheit, des Kostenaufwands, der Logistik und der Physik ist die Meeresforschung schwierig und teuer, und daher wissen wir viel weniger über das Leben in den Ozeanen als an Land.

Und selbst an Land können sich die Wissenschaftler nicht auf die Gesamtzahl der vielzelligen Arten einigen, geschweige denn die Bakterien und andere einzellige Lebewesen zählen.

Die im Jahr 2000 begonnenen Bemühungen, salzige Abschnitte des Planeten zu erforschen, haben die Zahl der bekannten Meeresarten bereits von 230.000 auf 250.000 erhöht. Ungefähr 5.000 weitere Kandidatenarten warten auf die Analyse in Gläsern und Gefrierschränken auf der ganzen Welt.

Was ist das große Bild?

Fundierte Schätzungen deuten darauf hin, dass die Ozeane möglicherweise 1 Million mehrzellige Arten beherbergen – das Vierfache der katalogisierten Zahl. Insgesamt werden seit 2000 jedes Jahr durchschnittlich 1650 neue Meeresarten benannt – ein Beweis dafür, dass das Zeitalter der biologischen Entdeckungen weitergeht. Diese Zahl umfasst etwa 150 Fischarten.

Unsere Sicht auf die marine Biodiversität leidet unter dem Stichprobenfehler – wir finden mehr Arten in der Nähe von wissenschaftlichen Stationen, und das ist ein Fehler, den Volkszählungsprojekte zu korrigieren versuchen, sagt Patricia Miloslavich von der Simon Bolivar University in Venezuela. Miloslavich, ein Co-Senior-Wissenschaftler für die Volkszählung und Leiter seines Karibik-Projekts, sagt, Biodiversitätsdaten für die Karibik „zeigten nicht so sehr den Standort der Biodiversität als den Standort mariner wissenschaftlicher Einrichtungen. Es gibt kleine Hot Spots rund um … die Orte, an denen in den letzten 50 bis 80 Jahren am meisten geforscht wurde.”

Da sich Südamerika so weit nach Norden und Süden erstreckt und an zwei großen Ozeanen liegt, war dies ein guter Test für die Vorstellung, dass die Artenvielfalt in den Tropen ihren Höhepunkt erreichen und sich zu den Polen hin verjüngen würde. Miloslavich sagt, dass Volkszählungsdaten aus Südamerika diese konventionelle Weisheit widerlegten.

In den Tropen sei die erwartete hohe Artenvielfalt im Pazifik und im Atlantik aufgetreten, sagt Miloslavich. Aber auch der Pazifik zeigte einen Biodiversitäts-Hotspot zwischen 40° bis 50° südlicher Breite. “Die chilenischen Fjorde sind eine sehr unregelmäßige Küste mit viel Biodiversität,” Miloslavich sagt, “aber auf dem gleichen Breitengrad auf der Atlantikseite vor Argentinien war die Artenvielfalt gering.”

Wir können diesen enormen Aufwand, das Leben im Ozean zu katalogisieren und zu messen, auf keinen Fall zusammenfassen. Stattdessen empfehlen wir Ihnen, selbst zu stöbern, während wir uns auf neue Daten zu folgenden Themen konzentrieren:

Kanadas kältestes Reich

Der Census of Marine Life untersuchte Kanadas Atlantik-, Pazifik- und Arktisküsten, die allein 16 Prozent der Küsten der Welt ausmachen, sagt Philippe Archambault, Erstautor des Berichts über Kanadas “drei Ozeane”.

Die Volkszählung versuchte, Stichprobenverzerrungen zu negieren, die darauf hindeuteten, dass der Atlantik vielfältiger war als die riesige arktische Küste, die sich über mehr als 160.000 Kilometer erstreckt.

An der arktischen Küste wurden auf einer Fläche von nur 53 Quadratmetern (“der Größe von drei kanadischen Küchen!” Archambault) 1.200 Arten (hauptsächlich Tiere, die länger als 1 Millimeter sind) gezählt. Im Vergleich dazu zeigten Untersuchungen von 170 Quadratmetern der kürzeren Atlantikküste 1.300 Arten. Wir boten die konventionelle Weisheit an, dass die Arktis biologisch langweilig ist. “Dies war nicht der Fall, als wir einen ähnlichen Sampling-Aufwand durchgeführt haben,” Archambault.

Die planetarische Erwärmung, die das arktische Eis schmilzt, beeinträchtigt bereits das Leben im Meer, fügt Archambault hinzu. In Gebieten, die normalerweise die meiste Zeit des Jahres mit Eis bedeckt waren, ermöglicht die Sommerschmelze einen kurzen Sonnenimpuls, der Pflanzen mit Energie versorgt und eine einfache Nahrungskette in Gang setzt, in der Tiere die Pflanzen grasen und auf den Meeresboden fallen, um von Raubtieren gefressen zu werden . Aber wenn das Wasser länger eisfrei bleibt, so Archambault, fressen kleine Krustentiere namens Copepoden im Wasser die Grasfresser, bevor sie den Meeresboden erreichen können. “Sie haben jetzt Copepoden-Kot, der auf den Meeresboden gelangt, und Sie haben nicht die gleichen Tiere, die unten leben.”

Die vom Census organisierten Studien dokumentieren die heutigen Bedingungen in der Arktis, damit wir verstehen können, was beim Klimawandel passiert. “Die Arktis ist fast das letzte unberührte Gebiet auf dem Planeten,” Archambault. “Wenn das Eis schmilzt, gibt es mehr Schiffsverkehr und mehr Potenzial für Ölverschmutzungen, und dennoch haben wir keine Basisinformationen”, um die erwarteten Änderungen zu verfolgen. (Dieses Video zeigt biologische Erkundungen in der Arktis.)

Die kanadischen Studien hoben hervor, wie die Biologie durch einen Mangel an Taxonomen behindert wird – Experten, die eine Art von einer anderen unterscheiden können. “Wir verlieren taxonomische Expertise in Kanada und überall”, sagt Archambault. “Wir haben viel mehr Technologie zum Zählen von Arten, aber dies kann uns nur helfen zu wissen, wie viele Arten es gibt, es sagt uns nicht, was sie tun.” Er stellt fest, dass die Zählung der Meeresbewohner 25 . senden musste Proben von Polychaetenwürmern, einem gewöhnlichen Meeresbodenbewohner, zur Analyse nach Mexiko, und eine stellte sich als unbekannte Art heraus. “Wir können diese Identifizierung in Kanada nicht mehr durchführen”, sagt Archambault. “Taxonomie ist nicht sexy genug!”

Im gefrorenen Reich steht viel Biologie auf dem Spiel, sagt Archambault, aber wir wissen nicht einmal, was dort lebt. “Jedes Mal, wenn wir Ausrüstung einschicken, ob in der Arktis, im Pazifik oder im Atlantik, ist die Chance groß, etwas Neues zu finden.”

Fische aufspüren

Migrationen faszinieren Biologen immer wieder, sei es der Monarchfalter, der Tausende von Meilen zwischen Zentralmexiko und dem Mittleren Westen der USA fliegt, oder die Küstenseeschwalbe, die eine Rundreise von etwa 9.000 Meilen vom Südatlantik nach Norwegen fliegt.

Wale wandern, Schildkröten wandern und auch Fische wie der Lachs. Da die Verfolgung von Migrationen, insbesondere für kleinere Lebewesen, schwierig ist, hat ein Census-Projekt eine Reihe von Unterwassermikrofonen über Flüsse, Meerengen und den Festlandsockel entlang British Columbia verlegt.

Die Schnüre können verwendet werden, um Fische oder andere Tiere aufzuspüren, die winzige Krachmacher tragen.

Auf dem Kontinentalschelf können Empfänger in einem Abstand von 800 Metern 90 Prozent der vorbeischwimmenden Fische erkennen, sagt Jim Bolger, Executive Director von POST, dem Pazifischen Ozean-Schelf-Tracking-Projekt. Da das Netzwerk einzelne Tiere identifizieren kann, wird eine ferngesteuerte Migrationsverfolgung möglich, sobald die Geräuschmacher an Ort und Stelle sind.

Wissenschaftler, die das Netzwerk nutzen, „sehen nicht nur, wohin sie gehen und wie schnell sie reisen, sondern identifizieren auch Engpässe für das Überleben, wo Fische nicht auftauchen“, sagt Bolger, der auch das Vancouver Aquarium leitet. Solche Informationen können Managementmaßnahmen unterstützen, die das Leben vieler Arten von Meereslebewesen erleichtern sollen.

Lachse im Nordwesten stehen seit vielen Jahren im Mittelpunkt der Besorgnis – da ihre laichenden Flüsse aufgestaut werden, kehren weniger in den Ozean zurück, um zu reifen. Fish Tagging kann verwendet werden, um Lachse zu verfolgen, wenn Sie den Fisch später finden können, aber POST funktioniert viel schneller, sagt Bolger. “Wir müssen nicht vier oder fünf Jahre warten, um zu sehen, wie sie überleben, wir können das Überleben fast in Echtzeit messen.”

Bolger sagt, Lachse schwimmen komplexe Routen. Eine POST-Studie an vier Lachsarten in British Columbia fand große Unterschiede in der Schwimmgeschwindigkeit und -strecke.

Eine zweite Studie über junge Lachse in British Columbia verband das Überleben mit dem Zeitpunkt der Migration: Junge Lachse, die während der Planktonblüte auf den Ozean trafen, hatten ein um 150 bis 300 Prozent besseres Überleben.

Diese Art von Daten könnte Naturschutzgruppen und Brütereien helfen, Lachse wiederherzustellen, aber . “Es gibt keine One-Size-Fits-All-Strategie,” Bolger. “Sogar innerhalb derselben Spezies, auf demselben Fluss, haben wir eine enorme Komplexität darin, wie sie schwimmen und wohin sie gehen. Manche gehen nach Norden, andere nach Süden. Dies könnte eine Überlebensstrategie sein, bei der sie nicht alle ihre Nachkommen in eine Richtung schicken.”

Informationen aus dem akustischen Array können auch mit Daten zur Genetik und Physiologie kombiniert werden, sagt Bolger. “Wir können sehen, ob sich Fische mit einem hohen Stresshormonspiegel anders verhalten als solche mit einem niedrigen. Wissenschaftler können die Blutchemie und die Genetik untersuchen, wenn das Tag implantiert wird, und die Daten dann mit ihrer nachfolgenden Bewegung korrelieren.

Die Magie der Mikroben

Die vielleicht größte Einzelfrage zum Leben im Ozean betrifft Mikroben – Bakterien, ihre primitiven Verwandten namens Archaea und andere einzellige Organismen wie Protisten und Amöben. Arten sind in Bakterien und Archaeen schwer zu definieren, weshalb Wissenschaftler stattdessen “Taxa” verwenden, aber die Zahlen sind erschreckend: Die Ozeane könnten Dutzende Millionen von Taxa enthalten, und die Erforschung hat gerade erst begonnen.

“Klein” bedeutet nicht unbedeutend: Die etwa 10 29 Mikroben im Meer wiegen eine Billion (1.000.000.000.000) Tonnen und machen schätzungsweise 90 Gewichtsprozent des Lebens im Ozean aus. Mikroben sind nicht nur für die Nahrungskette von entscheidender Bedeutung, sondern entwickeln auch viele der grundlegenden chemischen Reaktionen, die grundlegende Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff durch die Ozeane bewegen.

Globale Biomasse am Meeresboden

Wissenschaftler haben es vor langer Zeit aufgegeben, Mikroben durch Züchtung in Kultur zu unterscheiden, und zählen sie jetzt mit genetischen Techniken, die den Spitznamen “molekulare Strichcodierung” tragen. Diese Methoden bewerten Ähnlichkeiten und Unterschiede in einem bestimmten Abschnitt der Gene Verwenden Sie die Daten, um einen evolutionären Baum zu erstellen. Die Strichcodierung gilt für alles Leben und wird häufig verwendet, um evolutionäre Beziehungen in höheren Organismen sowie Bakterien zu beurteilen.

Vor zehn Jahren kamen Wissenschaftler mit molekularer Strichcodierung zu dem Schluss, dass ein einziger Liter Meerwasser 3.000 Arten von Mikroben enthalten könnte, sagt Mitch Sogin vom Marine Biological Laboratory in Woods Hole, Massachusetts, und einer der Leiter der International Census of Marine Microbes , “Aber was diese Schätzung zum Scheitern brachte, war eine sehr tiefgreifende molekulare Probenahme im Jahr 2005 … die ergab, dass die Zahl mindestens eine Größenordnung höher ist.”

Heute wird geschätzt, dass ein Liter Meerwasser 30.000 bis 40.000 Arten von Mikroben enthalten kann, sagt Sogin. halbe Million Arten von Mikroben.”

Es gibt Gründe zu der Annahme, dass die tatsächliche Zahl viel höher sein könnte, sagt Sogin, aber selbst mit dieser Definition “Jedes Mal, wenn wir eine neue Probe betrachten, identifizieren wir neue Taxa, und dennoch haben wir nur 1.200 Liter beprobt, was entspricht 1 von 10 18 Teilen des gesamten Ozeans.”

Wenn Bakterien Steine ​​machen

Leider zeigt die molekulare Strichcodierung nicht, was neu entdeckte Mikroben essen oder wie sie ihre Umgebung beeinflussen. Am Loihi Seamount, einem unterseeischen Vulkan in der Nähe von Hawaii, haben Wissenschaftler der Meereszählung mikrobielle Eisenhändler untersucht. Katrina Edwards, Professorin für Meeres- und Umweltbiologie an der University of Southern California, sagt: “In Loihi könnten wir unsere Fersen eingraben, um eine bestimmte Klasse von Mikroben zu untersuchen, von denen wir glauben, dass sie auf dem Meeresboden ziemlich allgegenwärtig sind.”

Diese Bakterien „spielen eine sehr große Rolle bei der Eisenoxidation und der Ablagerung enormer Mengen von Eisenoxid“, das schließlich zu Gestein wird, sagt Edwards. “Wenn wir verstehen können, wie diese Gesteine ​​in der modernen Welt gebildet werden, und die Physiologie, das Genom und die Ökologie der Bakterien verstehen, können wir alte Gesteine ​​interpretieren, die an anderen Orten gefunden wurden.

Mikroben: Warum so viele?

Linda Amaral-Zettler, mikrobielle Ökologin und Programmmanagerin für den International Census of Marine Microbes, hat eine Frage: “Warum leben so viele verschiedene Arten von Mikroben in dieser Umgebung, die auf den ersten Blick einheitlich erscheint?”

Eine Antwort kommt aus den Milliarden von Jahren, die so viele Lebensmuster und Genetik hervorgebracht haben. Aber eine andere Antwort, sagt sie, könnte lauten, dass es viel mehr Nischen oder Orte zum Leben gibt, als wir geschätzt haben. Irgendwie spüren diese Organismen diese Mikrohabitate und können trotz der Konkurrenz überleben.”

Mikroben können extrem spezialisiert sein, und Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die häufigsten Mikroben, die auf einer Schwammart leben, nicht zu den häufigsten auf einer anderen Schwammart gehören, sagt Amaral-Zettler, die am Marine Biological Laboratory in Massachusetts arbeitet.“Tiere, Pflanzen und andere vielzellige Organismen sind wahrscheinlich Zufluchtsorte für Mikroben, und wir haben sie kaum probiert. Im Wesentlichen kann jede Oberfläche im Meer besiedelt werden.”

Anscheinend. “Alle Anzeichen deuten darauf hin, dass sogar Müll etwas ist, das die Mikroben ausnutzen, wahrscheinlich bauen sie ihn ab und nutzen ihn als Energiequelle,”, sagt Amaral-Zettler, der damit beginnt, Mikroben auf Plastik im Meer zu untersuchen Zusammenarbeit mit der Sea Education Association.

Hier ist eine weitere Frage: Warum sind die meisten mikrobiellen Taxa, die bei der Volkszählung entdeckt wurden, so selten? Ein paar dominante und viele seltene Arten zu haben, ist oft charakteristisch “ einer Umwelt, die in irgendeiner Weise beeinflusst wird” Amaral-Zettler sagt, “ aber es scheint ein sich wiederholendes Muster im Meer zu sein, das wir überall sehen können . Wir haben Mühe, die ökologischen Folgen so vieler seltener Mikrobenarten zu verstehen.”

Dieses Geschäft mit der „seltenen Biosphäre“ fasziniert Sogin, einen Spezialisten für mikrobielle Evolution, der darauf hindeutet, dass die vielen seltenen Arten:

Könnte sich zu einem riesigen Lager der genetischen Variabilität entwickelt haben

Könnten Schlüsselarten sein — ungewöhnliche Organismen, die der Gemeinschaft einige wesentliche Funktionen bieten, ähnlich wie ein Wolf als Spitzenprädator dienen kann

Kann tatsächlich an Orten vorkommen, die noch nicht beprobt wurden

Müssen wir uns Sorgen machen?

Wenn es eine unzählige Vielfalt von Mikroben im Meer gibt, sollten wir dann die konventionelle Kritik an der Biodiversität ignorieren, dass zu viele Arten aussterben werden? Warum sich Sorgen machen, wenn das Meer mehr Mikroben hat, als wir zählen können?

Nicht so schnell, sagt Sogin, der warnt, dass wir das Meer auf eine Weise verändern, die Mikroben und Bumerang wieder schaden könnte, um uns zu schaden.

Es ist nicht nur so, dass sich alle vielzelligen Organismen aus einzelligen Lebewesen entwickelt haben, sagt Sogin. Das Leben kann ohne Menschen glücklich überleben, aber das Leben hängt von Mikroben ab. “Während 80 Prozent der Lebensgeschichte haben Mikroben den Planeten in etwas verwandelt, das von vielzelligen Organismen bewohnbar war. Sie haben eine Umgebung geschaffen, in der wir leben können. Dieser Prozess geht weiter, weil so viele Mikroben im Ozean Prozesse ausführen, die für unser Überleben unerlässlich sind.”

Schließlich kippen die Menschen Müll, Abwasser und Düngemittel in den Ozean, erwärmen ihn mit Treibhausgasen, und da der Ozean unser Kohlendioxid aufnimmt, wird er saurer.

Da wir nicht verstehen, wie der Ozean funktioniert, können wir die Folgen einer großen Veränderung der Umwelt nicht vorhersagen.

Allerdings, so Sogin, “Wir wissen aus der Laborarbeit in der Mikrobiologie, dass es zu enormen Verschiebungen in den Populationsstrukturen kommen kann, die zu einem Ungleichgewicht und dann zu einer weiteren Veränderung der Umweltbedingungen führen können. Was passiert mit der anhaltenden Ozeanversauerung oder einer dramatischen Verschiebung der Meerwassertemperatur? Wir werden eine Störung der mikrobiellen Gemeinschaft haben. Ist das gut oder schlecht? Wir wissen es nicht.”


Der Rückgang der Schalentierarten an felsigen Küsten entspricht den klimabedingten Veränderungen

Hundewelse ernähren sich von Seepocken an den Ufern von Swan's Island in Maine. Eine neue Studie dokumentiert den Rückgang dieser und drei weiterer Gezeitenarten – zumindest teilweise aufgrund des Klimawandels. Bildnachweis: Jonathan A. D. Fisher

Das Wasser des Golfs von Maine erwärmt sich fast überall auf der Erde schneller als die Ozeane. Und wenn der Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre ansteigt, wird es von den Ozeanen absorbiert, wodurch der pH-Wert sinkt. Die Versauerung der Ozeane macht es für Schalentiere schwierig, ihre Schalen zu verdicken – ihre primäre Verteidigung gegen Raubtiere.

In einer neuen Studie in der Zeitschrift Kommunikationsbiologie, die Forscher Peter Petraitis, ein Professor für Biologie im Ruhestand an der Penn's School of Arts & Sciences, und Steve Dudgeon, ein Biologieprofessor an der California State University, Northridge, der in den 1990er Jahren ein Postdoktorandenstipendium bei Petraitis in Penn absolvierte, zeigen, dass der Klimawandel belastet das Leben im Meer in Maine. Ein über zwei Jahrzehnte gesammelter Datensatz, der Zahlen von fünf Muschel-, Seepocken- und Schneckenarten enthält, zeigt, dass alle einen Rückgang verzeichnet haben – einige langsam, andere schneller – zum Teil aufgrund des Klimawandels.

"Diese Arten werden oft übersehen, weil sie so häufig sind", sagt Petraitis. „Sie sind einfach überall an den felsigen Ufern. Die Leute glauben nicht, dass ihnen etwas passieren wird. Wenn sie um etwa 3% pro Jahr sinken, ist das eine relativ kleine Veränderung, sodass Sie es möglicherweise eine Weile nicht bemerken Jahr werden sich die Leute plötzlich umschauen und sagen: 'Wo sind all die Schnecken, Muscheln und Seepocken?'"

Diese Arten "bilden den Kern eines ikonischen Nahrungsnetzes" im Golf von Maine, sagt Dudgeon. "Der gleichzeitige Rückgang von fünf Arten, darunter sowohl einheimische als auch nicht-heimische, ist proportional groß und kann tiefgreifende Veränderungen in der Ökologie der Küstenmeere in der Region verursachen."

1997 führten Petraitis und Dudgeon ein Langzeitexperiment auf der Schwaneninsel im Golf von Maine durch, um die ökologischen Prinzipien mehrerer stabiler Staaten zu untersuchen. Das Konzept ist ein Schwerpunkt von Petraitis' Forschung und Thema seines 2013 erschienenen Buches "Multiple Stable States in Natural Ecosystems".

Bei Schalentieren auf Swan's Island tritt eine solche Störung auf, wenn periodische starke Winterstürme dazu führen, dass das Meereis alle an den Felsen am Ufer haftenden Organismen abkratzt, was die Gemeinschaften zwingt, sich im nächsten Jahr von Grund auf neu aufzubauen.

1996 simulierten Petraitis und Dudgeon ein einziges massives Eisreinigungsereignis, indem sie die Felsen abkratzten, um zu sehen, was passieren würde, wenn die Küste wieder besiedelt wurde. Seitdem reisen die Forscher jährlich zu ihren 60 Studienplätzen auf Swan's Island und zählen das Vorkommen von Organismen, die nicht nur in den abgekratzten Gebieten, sondern auch in naturbelassenen Gebieten, den Kontrollfeldern, leben.

Die aktuelle Arbeit nutzte diese Kontrollparzellenzählungen und betrachtete fünf häufige Schalentierarten: die Schildpatt-Napfschnecke (Testudinalia testudinalis), das Immergrüne (Littorina littorea), die Hundsschnecke (Nucella lapillus), die Miesmuschel (Mytilus edulis) und der Seepocken (Semibalanus balanoides).

"Wir haben nicht erwartet, dass sich die Kontrollflächen stark verändern werden", sagt Petraitis, "aber wir waren überrascht, dass diese Populationen zurückgingen."

Anhand von Abundanzdaten von 1997 bis 2018 fanden die Forscher heraus, dass sich sehr junge Muscheln im stärksten freien Fall befanden und fast 16% pro Jahr zurückgingen, während die anderen vier Arten jedes Jahr um 3 bis 5% schrumpften. In diesem Zeitraum ging die Gesamtzahl der Napfschnecken, Immergrünen und Hundsschnecken um 50 % zurück, Kontraktionen, die die Forscher als "ernüchternd" bezeichnen.

Um die Frage nach dem Warum zu beantworten, schauten sich die Forscher Daten zur Ozeantemperatur und -chemie an. Sie fanden heraus, dass die abwärts gerichtete Flugbahn von Muscheln und Strandschnecken mit steigenden sommerlichen Meerestemperaturen übereinstimmte, die von einer nahe gelegenen Boje gesammelt wurden.

Unterdessen korrespondierten Abnahmen der Populationen von Napfschnecken und Hundsschnecken mit einer Zunahme des Aragonit-Sättigungszustands, einer Messung, die mit dem pH-Wert des Ozeans verfolgt wird. Dies war unerwartet, da eine niedrigere Aragonit-Sättigung mit einem saureren Ozeanwasser verbunden ist, was es für Schalentiere schwieriger macht, ihre Schalen aufzubauen. "Dies kann auf andere Bedingungen in küstennahen Gebieten hinweisen, die mit dem Sättigungszustand von Aragonit variieren", sagt Petraitis.

Veränderungen der Seepockenzahlen korrespondierten nicht mit Veränderungen der Meerestemperatur, des pH-Werts oder des Sättigungszustands von Aragonit, was darauf hindeutet, dass andere Faktoren bei ihrem Rückgang eine Rolle spielen.

Alle fünf dieser Arten spielen im Golf von Maine eine entscheidende ökologische Rolle.

Als Filtrierer entfernen Muscheln und Seepocken Phytoplankton aus der Wassersäule, "verdauen sie, kacken sie aus und düngen das Ufer", sagt Petraitis. Napfschnecken und Strandschnecken ernähren sich von Algen und Algen, so dass eine geringere Anzahl zu Algenblüten und "grüneren" küstennahen Gebieten führen könnte.

Da alle fünf Arten als Beute für eine Vielzahl von Tieren dienen, werden schrumpfende Populationen in der Nahrungskette nachhallen und auch den Menschen betreffen.

„Ohne Tierverzehr organisches Material durch das Nahrungsnetz zu transportieren“, sagt Dudgeon, „wird die Produktion in den Küstenmeeren zunehmend direkt durch Zersetzungswege durch mikrobielle Organismen verdrängt, anstatt Populationen von Arten zu unterstützen, die von Menschen befischt werden und von denen die Küstenwirtschaft abhängt ."

Petraitis stellt auch fest, dass das Immergrün, das heute ein Wahrzeichen der Küste ist, Mitte des 19. Jahrhunderts aus Europa in den Golf von Maine eingeführt wurde. „Jetzt ist es der häufigste Weider an den Ufern – sie ernähren sich wie Ziegen“, sagt er. "Vor 1860 sah das Ufer ohne Strandschnecken wahrscheinlich viel grüner aus als heute. Wenn sie zurückgehen, werden wir vielleicht sehen, wie das Ufer in den 1850er Jahren zurückkehrt."

Während er diese Ergebnisse in den letzten Jahren auf Konferenzen präsentierte, sagte Petraitis, er habe Anekdoten von anderen Wissenschaftlern über ähnliches Verschwinden von Muscheln im Nordatlantik gehört, was darauf hindeutet, dass das Phänomen nicht auf den Golf von Maine isoliert ist.


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