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War der Körper von Säugetieren für eine Art Meeresumwelt besser geeignet als der Körper von Fischen?

War der Körper von Säugetieren für eine Art Meeresumwelt besser geeignet als der Körper von Fischen?



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Als einige der Landsäugetiere in die Ozeane zurückkehrten, scheinen sie zumindest in einigen Umgebungen im Wettbewerb mit den Fischen erfolgreich zu sein, obwohl sie einen großen Nachteil zu haben scheinen, dass sie über dem Wasser atmen müssen. Wie haben sie sich also im Wettbewerb mit Fischen durchgesetzt?


Durch FragenWie haben sie sich also im Wettbewerb mit Fischen durchgesetzt?Sie machen die falsche Annahme, dass sie bei irgendeiner Form des Wettbewerbs irgendwie erfolgreich sein mussten. Was Sie zu dieser falschen Annahme führt, ist meiner Meinung nach einer der folgenden beiden Fehler…

  • Ein Missverständnis des Prinzips der Konkurrenzausschluss.
  • Eine falsche Annahme über die bestehende Überschneidung zwischen Meeressäugern ökologische Nische und fischt ökologische Nischen

Wettbewerbsausschluss

Das Prinzip des Konkurrenzausschlusses besagt, dass zwei Arten, die genau dieselbe ökologische Nische besetzen, nicht stabil koexistieren können. Man muss entweder aussterben oder seine ökologische Nische verlagern (Prozess, der als Charakterverschiebung bekannt ist).

Eine Folge des oben Gesagten ist, dass, wenn zwei Arten ökologische Nischen haben, die sich teilweise überlappen, sie immer noch stabil koexistieren können.

Ökologische Nische der Meeressäuger

Es gibt zwei unabhängige Abstammungslinien von Säugetieren, die Meereslebewesen entwickeln (Wale und Sirene). Ich weiß nicht, an welche Sie denken, wenn Sie die Frage stellen, und eine sensible vollständige Antwort würde von der interessierenden Abstammungslinie abhängen. Allerdings gibt es bei Fischen ohnehin eine solche Vielfalt an ökologischen Nischen, dass es schwierig ist, diese Frage wirklich vollständig zu beantworten.

Meeressäuger besetzen verschiedene ökologische Nischen. Ob das eine dem anderen gegenüber im Vorteil ist, steht außer Frage, da die Arten nicht um die gleichen Ressourcen konkurrieren.

Ein typischer wichtiger Grund dafür, warum Meeressäuger und die meisten Fische unterschiedliche ökologische Nischen besetzen, liegt in ihren Größenunterschieden. Einfach ausgedrückt, Säugetiere sind ziemlich groß! Zum Beispiel frisst ein Orca Fische (und andere Dinge), die zuvor nur wenige Raubtiere hatten. Daher gibt es nicht viel Konkurrenz.

Nur um es noch einmal zu wiederholen… in deinem Kommentar sagst duDer Hauptvorteil war also die Größe?. Die Größe war einer der Hauptgründe dafür, dass sie bisher unbesetzte ökologische Nischen besetzen konnten. Aber es ist kein Vorteil gegenüber der Konkurrenz mit Fischen, wie Sie denken, da es wahrscheinlich wenig Konkurrenz gibt.


War der Körper von Säugetieren für eine Art Meeresumwelt besser geeignet als der Körper von Fischen? - Biologie

Projekttitel oder Thema der Aktivität

Die konvergente Evolution von Meeresfischen und Walen

Autor(en): Andy Lam

Datum: Herbst 1999

Zusammenfassung der Aktivität
50-100 Wörter

Der Zweck dieser Aktivität besteht darin, junge Köpfe über die Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Fischen und Walen aufzuklären. Viele der Ähnlichkeiten sind ein Produkt konvergenter Evolution, Tiere aus verschiedenen Abstammungslinien, die ähnliche morphologische und physiologische Eigenschaften entwickeln, weil sie die gleichen Umweltzwänge ertragen. Bei der Erläuterung der Unterschiede ist es wichtig, die unterschiedlichen physiologischen Anpassungen hervorzuheben, um mit den gleichen Bedingungen fertig zu werden.

Allgemeine Beschreibung oder Einführung
Die wissenschaftlichen Grundlagen, auf denen die Tätigkeit beruht.

Obwohl Fische und Wale aus unterschiedlichen Abstammungslinien stammen, teilen sie viele morphologische Merkmale sowie einige Verhaltensweisen. Wenn Organismen gezwungen sind, denselben abiotischen und biotischen Belastungen ausgesetzt zu sein, entwickeln sich einige Organismen, um anderen zu ähneln, die in derselben Umgebung leben. Dieses Konzept wird als konvergente Evolution bezeichnet. Diese Aktivität versucht, einige dieser Ähnlichkeiten sowie Unterschiede zwischen Fischen und Walen aufzudecken.

Hintergrundinformation

Bevor man sich auf die Gemeinsamkeiten einlässt, ist es zunächst wichtiger, die Unterschiede zu erkennen.

Ähnlichkeiten
1) stromlinienförmige Körperform
2) Rücken- und Brustflossen (Flossen). Rückenflossen sorgen für Stabilität. Brustflossen und Flossen stammen höchstwahrscheinlich von den Armen von Landtieren.
3) sehr effizienter Gasaustausch. Fische nutzen ein Gegenstromsystem des Gasaustausches, bei dem das Blut in den Kiemen in die entgegengesetzte Richtung zum Wasser fließt. Sauerstoffarmes Blut aus dem Körper fließt dem sauerstoffreichen Wasser entgegen, wodurch ein effizienterer Gasaustausch entsteht. Wale können in kurzer Zeit extrem lange Atemzüge machen. Im Vergleich zu Menschen brauchen Finnwale die Hälfte der Zeit, um ihre Lungen mit Luft zu füllen, aber ein Wal atmet 3.000 Mal mehr Luft ein. Wale halten den Atem an, um so viel Sauerstoff wie möglich zu bekommen. Bei jedem Atemzug werden bis zu 90 % des Sauerstoffs ausgetauscht, im Gegensatz zu 20 % beim Menschen.
4) Fähigkeit, beim Füttern zu atmen. Einige Knorpelfische sind mit Stigmen an der Spitze der Schnauze ausgestattet. Diese Stigmen nehmen Wasser für diese Fische (insbesondere Haie) auf, während sie Beute im Maul haben. Denken Sie daran, dass die meisten Haie ihren Mund offen halten müssen, während sie sich bewegen, um zu atmen. Wale haben Blaslöcher in der Nähe des Kopfes. Ein Wal kann nicht nur gleichzeitig essen und atmen, sondern auch schnell atmen, wenn er aus dem Wasser springt.
5) starke Schwanzmuskulatur für den Vortrieb. Haie und Thunfische haben viele rote Muskeln und vor allem Myomere. Diese Mucles sind sehr stark und können einige Fische bis zu 80 Meilen pro Stunde oder mehr antreiben.
6) kryptische Färbung und Gegenschattierung. Schlittschuhe und Stachelrochen entwickeln eine kryptische Färbung, um sich mit dem Meeresboden zu tarnen. Killerwale sind dunkel mit eigentümlichen weißen Flecken, um ihre Umrisse für die Beute aufzubrechen. Sowohl Fische als auch Wale nutzen Gegenschatten, um sich in offenen Gewässern zu verstecken. Die dunkle Rückenseite passt zum Meeresboden, während die helle Unterseite mit dem Licht von oben verschmilzt.
7) Migration. Schwarmfische und bestimmte Wale ziehen Jahr für Jahr über dieselben Migrationsrouten.

Gutschrift für die Aktivität
.

Geschätzte Zeit für die Aktivität

Ziel A

grundlegende Unterschiede zwischen Fischen und Walen verstehen

Ziel B

verstehen, wie verschiedene Tierarten ähnliche Eigenschaften und Verhaltensweisen entwickeln können, weil sie die gleichen Bedingungen aushalten

Ziel C

die unterschiedlichen physiologischen Anpassungen verstehen, die verschiedene Tiere entwickeln

Zwei Inhaltsstandards, die dieser Unterrichtsplan abdeckt:

  • Ein kleines Poster, das zeigt, wie Fische mit Gegenstrom sauerstoffreiches Blut vollständig reoxygenieren.
  • Eine Probe von Hai-"Eiern" zum Zeigen
  • Ein Bild eines Wals, der Lebendgeboren zur Welt bringt und darauf hinweist, dass er mit dem Schwanz zuerst geboren wird, um ein Ertrinken zu verhindern.
  • Zeigen Sie Haifischzähne und Delfinknochen. Fragen Sie, warum es keine Haiknochen gibt.
  • Bilder und Diagramme, die die tatsächlichen Formen eines Schwertwals, eines Bartenwals, eines Hais und eines Thunfischs zeigen. Beachten Sie ihre dampfgekleideten Körper. Fügen Sie hinzu, dass Möwen und Robben auch diese Körperform haben. Beachten Sie die Flossen und ihre Entwicklung aus den Armen von Landtieren (oder führten sie zu Waffen?).
  • Für eine Aktivität, um zu beweisen, dass die Form der Flossen beim Antrieb hilft, können batteriebetriebene Plastikdelfine gekauft werden. Brechen Sie die Spitzen einer der Delfinflossen ab und lassen Sie die beiden Rennen laufen. Theoretisch sollte der Delphin mit den breiteren Flossen jedes Mal nach vorne kommen. Auch diese Delfine sind gegenschattiert. Obwohl sie nicht mehr so ​​beliebt sind wie früher, können diese Delfine immer noch über www.toysrus.com erworben werden.
  • Weisen Sie auf die Gegenschattung bei Schwertwalen hin.
  • weisen Sie auf kryptische Farben für Schlittschuhe oder Rochen hin.
  • Eine Karte, die die Migrationsrouten verschiedener Fische und Wale zeigt.

Schritt-für-Schritt-Verfahren für die Aktivität

Diese Aktivität ist für Fünft- bis Achtklässler in Gruppen von maximal acht, um sie aufmerksam zu machen.

Bilder, Arbeitsblätter, zusätzliche Webseiten

Punkte zur Diskussion oder zum Abschluss

Sind ihre Tiere aufgrund der üblichen Umweltbeschränkungen Ähnlichkeiten mit dem Menschen?

2. Frage

Kann man wirklich sagen, dass Fische besser für das Meer geeignet sind als Meeressäuger?

3. Frage

Werden eines Tages Fische ins Land eindringen?

Abschluss

Fische und Säugetiere entwickeln sich unterschiedlich voneinander. Aber wenn Sie diese Tiere nach vielen Jahren der Evolution denselben Umweltzwängen aussetzen, können sie viele der gleichen Eigenschaften entwickeln.

Jenseits der Aktivität
Weitere Aktivitäten, die sich auf die Komplexität des Experiments beziehen und diese erweitern.


Erwärmung bedroht Reptilien mehr als Vögel und Säugetiere

Im Wettlauf um die Anpassung an ein sich schnell änderndes Klima könnten warmblütige Tiere die Nase vorn haben.

Neue Forschungen deuten darauf hin, dass Vögel und Säugetiere im Laufe der Millionen von Jahren der Planetengeschichte Amphibien und Reptilien bei der Anpassung an wechselnde Temperaturen und der Verlagerung ihrer Lebensräume an geeignetere Orte übertroffen haben.

Die gestern veröffentlichte Studie in Naturökologie und Evolution analysierte Daten von mehr als 11.000 Wirbeltierarten, darunter Fossilienfunde aus den letzten 270 Millionen Jahren. Beim Vergleich dieser Aufzeichnungen mit alten Temperaturrekonstruktionen fanden die Forscher heraus, dass warmblütige Tiere viel erfolgreicher waren, ihr Verbreitungsgebiet zu erweitern und sich an neue Klimabedingungen anzupassen. Diese Verschiebungen traten bei kaltblütigen Tieren tendenziell viel langsamer auf.

"Wir sehen, dass Säugetiere und Vögel besser in der Lage sind, ihre Lebensräume auszudehnen und zu erweitern, was bedeutet, dass sie sich viel einfacher anpassen und verschieben", sagte der Hauptstudienautor Jonathan Rolland, ein Postdoktorand an der kanadischen University of British Columbia, in einer Erklärung. "Dies könnte einen großen Einfluss auf die Aussterberaten haben und darauf, wie unsere Welt in Zukunft aussehen wird."

Es gibt mehrere Gründe, warum warmblütige Tiere ihre schuppigen Cousins ​​historisch gesehen haben. Da Vögel und Säugetiere ihre Körpertemperatur selbst regulieren, müssen sie ihr Verhalten nicht so stark an die Außentemperatur anpassen wie Kaltblüter. Amphibien und Reptilien beispielsweise müssen bei kühlerem Wetter ihre Aktivität oft deutlich zurückfahren, was sie bei der Nahrungs-, Partnersuche oder neuen Lebensräume benachteiligt, so die Forschung.

Warmblüter können ihre sich entwickelnden Babys auch mit ihrem eigenen Körper warm halten, während Kaltblüter geeignete klimatische Bedingungen haben müssen, damit sich ihre Eier entwickeln und schlüpfen.

In der Vergangenheit waren diese Eigenschaften besonders nützlich, um Vögeln und Säugetieren in Zeiten globaler Abkühlung zu helfen, sich auf der ganzen Welt auszubreiten, so die Forscher, einschließlich einer großen Abkühlungsepisode, die vor etwa 34 Millionen Jahren stattfand. Einige Wissenschaftler glauben jedoch, dass die aktuelle Phase der schnellen globalen Erwärmung auch kaltblütige Tiere überproportional treffen könnte.

Barry Sinervo, ein Reptilien- und Ökologie-Experte an der University of California, Santa Cruz, der nicht an der jüngsten Studie beteiligt war, wies auf einige seiner eigenen Forschungen hin, wie eine in veröffentlichte Studie Wissenschaft im Mai 2010, das die Aussterberaten bei Eidechsen bei sich ändernden klimatischen Bedingungen untersuchte.

Die Studie prognostizierte, dass bis 2080 bis zu 20 Prozent der Eidechsenarten weltweit aussterben könnten und lokale Aussterben – das Verschwinden einer Population an einem bestimmten geografischen Ort – bis zu 40 Prozent erreichen könnten. Die Studie ergab auch, dass seit 1975 bereits etwa 4 Prozent der lokalen Bevölkerung ausgestorben sind.

Während es leicht zu denken ist, dass Schlangen und Eidechsen sich bei wärmerem Wetter gerne aalen, haben Reptilien und wie alle anderen Tiere auch ihre Temperaturgrenzen. Wenn die globalen Temperaturen weiter steigen, kann es in einigen Gebieten für ihre kaltblütigen Bewohner zu heiß werden. Und die neue Studie legt nahe, dass diese Tiere historisch gesehen langsamer in geeignetere Lebensräume expandieren.

"Ich muss den Autoren zustimmen, dass Ektothermen einem viel höheren Risiko ausgesetzt sind als Endothermen", sagte Sinervo.


Warum ist Anpassung ein entscheidender Teil der Evolution?

Die meisten Lebewesen haben mehrere Anpassungen. Grundsätzlich sind Anpassungen Merkmale der Organismen’ Anatomie oder Physiologie die eine verbesserte Funktion haben und dem Organismus helfen, seine Umwelt zu überleben. Anpassung kann auch ein Prozess sein – ein Komplex von nachfolgenden Veränderungen in der Population von Organismen, der zur Entwicklung einer neuen Eigenschaft führt, die diese Organismen besser für die Umwelt geeignet macht.

Nicht alle anatomischen Strukturen sind Anpassungen. Zum Beispiel haben alle Fische Flossen. Bei einigen Fischen sind Flossen Gliedmaßen keine Anpassung. Einige Fische haben deutlich modifizierte Flossen – zum Beispiel haben die Aale lange, flache Rückenflossen, die neben ihrem Körper verlaufen. Dank solcher Flossen können die Aale ähnlich wie Schlangen anders schwimmen als andere Fische. Diese Art der Flossenmodifikation ist eine Anpassung. Sie tragen zu einer Funktion bei, die für eine bestimmte Organismengruppe (Art, Familie, Klasse) typisch ist.

Anpassungen werden nicht angezeigt über Nacht sie sind das Ergebnis eines langsamen, komplizierten Prozesses. Damit sich Anpassungen entwickeln können, müssen mehrere Bedingungen gegeben sein:

  • Die Lebensbedingungen für den Organismus müssen sich ändern (z. B. Temperaturänderung in der Umgebung, weniger Nahrung, eine neue Art von Raubtieren ist aufgetaucht usw.).
  • Die Population dieser speziellen Art ist vielfältig und jeder Organismus darin ist etwas anders.
  • Die Veränderungen im Organismus können vererbt und an zukünftige Generationen weitergegeben werden.

Eine ähnliche Liste von Bedingungen ist auch erforderlich für Evolution stattfinden. Es wären keine evolutionären Veränderungen möglich, wenn die Umgebung des lebenden Organismus stabil ist oder wenn die Organismen in einer Gruppe identisch sind. Evolution ist nur möglich, wenn:


Warum sind Tiere in kälteren Klimazonen größer?

Bei den meisten Wirbeltierarten nimmt die Körpermasse zu, je näher Sie den Polen kommen. Das durchschnittliche Gewicht eines erwachsenen männlichen Weißwedelhirsches in Florida beträgt etwa 57 Kilogramm, während ein ausgewachsener Bock in Montana 250-275 Pfund (114-125 kg) wiegen kann.

Für viele Tierarten lohnt es sich, in den kälteren Klimazonen in hohen Breiten und Höhen größer zu sein. Heftier-Tiere haben ein kleineres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen, was dazu beiträgt, den Wärmeverlust zu reduzieren – ein Muster, das als Bergmann-Regel bekannt ist. (Im Allgemeinen hat ein massereicherer Organismus eine kleinere Oberfläche im Verhältnis zum Volumen.)

Es gibt mehrere Faktoren, die die Körpergröße und das Gewicht eines Tieres beeinflussen können, sagte Kyle Ashton, Herpetologe an der California Academy of Sciences im Golden Gate State Park in San Francisco. Ein reichliches Nahrungsangebot, sexuelle Selektion für größere Männchen und Begegnungen mit Konkurrenten können zu größeren Körpern führen.

Während die Bergmann-Regel erklärt, wie Tiere in der Kälte mit Wärmeverlust und Wärmeregulierung umgehen, kann es andere Gründe geben, in kälteren Klimazonen mehr Pfunde zu packen. "Je größer Sie sind, desto mehr Fett können Sie speichern, um den Winter zu überstehen", sagte Ashton.

Laut Forschern der University of Houston können nahrhaftere Lebensmittel auch zu einer größeren Körpergröße in der Nähe der Pole führen. Pflanzen aus höheren Breiten sind tendenziell weicher und enthalten mehr Nährstoffe als Pflanzen näher am Äquator, fanden sie.

Während das Muster größerer Körper in kälteren Klimazonen für die meisten Säugetiere gilt, scheinen Vögel und einige Reptilien wie Schildkröten, Eidechsen und Schlangen die Form zu sprengen. "Sie kehren die Regel um und neigen dazu, in kälteren Klimazonen kleiner und in wärmeren Klimazonen größer zu sein", sagte Ashton.

Warum einige Reptilien, die ihre Körperwärme aus der äußeren Umgebung beziehen, der Regel folgen, während andere sie umkehren, steht noch aus. Ashton vermutet, dass es für Schildkröten, die in kälteren Klimazonen mehrere Monate ohne Nahrung auskommen können, von Vorteil sein könnte, zusätzliche Fettreserven zu haben. Bei Eidechsen und Schlangen glauben einige Wissenschaftler, dass sich kleinere Körper bei kalten Temperaturen schneller erwärmen.


Schlüssel zu Anpassungsgrenzen der Meeresbewohner: Einfachere Organismen besser für den Klimawandel geeignet

Je einfacher ein Meeresorganismus aufgebaut ist, desto besser ist er für das Überleben im Klimawandel geeignet. Das haben Wissenschaftler des Alfred-Wegener-Instituts, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung, in einer neuen Metastudie herausgefunden, die heute in der Fachzeitschrift erscheint Biologie des globalen Wandels. Zum ersten Mal untersuchten Biologen den Zusammenhang zwischen der Komplexität von Lebensformen und den ultimativen Grenzen ihrer Anpassung an ein wärmeres Klima. Während einzellige Bakterien und Archaeen auch in heißem, sauerstoffarmen Wasser leben können, stoßen komplexer aufgebaute Meereslebewesen wie Tiere und Pflanzen bei einer Wassertemperatur von 41 Grad Celsius an ihre Wachstumsgrenzen. Diese Temperaturschwelle scheint für ihre hochentwickelten Stoffwechselsysteme unüberwindbar zu sein.

Der aktuelle Sachstandsbericht des IPCC zeigt, dass marine Lebensformen sehr unterschiedlich auf die steigende Wassertemperatur und den sinkenden Sauerstoffgehalt des Ozeans reagieren. „Wir haben uns nun gefragt, warum das so ist. Warum wachsen zum Beispiel Bakterien noch bei Temperaturen von bis zu 90 Grad Celsius, während Tiere und Pflanzen spätestens bei einer Temperatur von 41 Grad Celsius an ihre Grenzen stoßen“, sagt Dr. Daniela Storch, Biologin in der Abteilung Ökophysiologie am Alfred-Wegener-Institut (AWI) und Erstautorin der aktuellen Studie.

Storch und ihre Kollegen untersuchen seit Jahren die Prozesse, die dazu führen, dass Tiere eine bestimmte Temperaturschwelle haben, bis zu der sie sich entwickeln und vermehren können. Als Grund dafür fanden die Wissenschaftler ihr Herz-Kreislauf-System. In Laborversuchen konnten sie zeigen, dass dieses Transportsystem als erstes in wärmeren Gewässern versagt. Die Blutzirkulation versorgt alle Zellen und Organe eines lebenden Organismus mit Sauerstoff, jedoch nur bis zu einer bestimmten Maximaltemperatur. Jenseits dieser Schwelle reicht die Transportkapazität dieses Systems nicht mehr aus und das Tier kann die Leistung nur noch kurzzeitig aufrechterhalten. Darauf aufbauend hatten die Biologen schon früh vermutet, dass es einen Zusammenhang zwischen der komplexen Struktur eines Organismus und seiner eingeschränkten Funktionsfähigkeit in immer wärmer werdendem Wasser gibt.

„In unserer Studie haben wir daher die Hypothese untersucht, dass die Komplexität der Schlüssel sein könnte, der die ultimative Anpassungsfähigkeit verschiedenster Lebensformen, von Meeresarchaeen bis hin zu Tieren, an unterschiedliche Lebensbedingungen im Laufe der Evolutionsgeschichte bestimmt. Das heißt: je einfacher Struktur eines Organismus, desto widerstandsfähiger sollte er sein", erklärt der Biologe. Wenn diese Annahme zutrifft, wären Lebewesen, die aus einer einzigen einfach strukturierten Zelle bestehen, gegenüber hohen Temperaturen viel widerstandsfähiger als Lebewesen, deren Zelle sehr komplex ist, wie zum Beispiel Algen, oder deren Körper aus Millionen von Zellen besteht. Daher würden die Toleranz- und Anpassungsfähigkeitsschwellen eines Organismustyps immer auf seiner höchsten Komplexitätsstufe gefunden. Unter den kleinsten Organismen sind einzellige Algen am wenigsten resistent, da sie hochkomplexe Zellorganellen wie Chloroplasten für die Photosynthese besitzen. Auch einzellige Protozoen besitzen Zellorganellen, die jedoch einfacher aufgebaut sind. Bakterien und Archaeen fehlen diese Organellen vollständig.

Um diese Annahme zu überprüfen, werteten die Wissenschaftler über 1000 Studien zur Anpassungsfähigkeit mariner Lebensformen aus. Angefangen bei einfachen kernlosen Archaeen, Bakterien und einzelligen Algen bis hin zu Tieren und Pflanzen fanden sie die jeweils höchste Temperaturtoleranz innerhalb ihrer Gruppe und bestimmten deren Komplexität. Am Ende zeigte sich, dass das angenommene Funktionsprinzip zu gelten scheint: Je einfacher der Aufbau, desto hitzetoleranter der Organismus.

Aber: „Die Anpassungsgrenze eines Organismus hängt nicht nur von seiner oberen Temperaturschwelle ab, sondern auch von seiner Fähigkeit, geringe Sauerstoffmengen zu verkraften. Während viele der Bakterien und Archaeen bei niedrigen Sauerstoffkonzentrationen oder sogar ohne Sauerstoff überleben können, die meisten Tiere und Pflanzen benötigen eine höhere Mindestkonzentration“, erklärt Dr. Daniela Storch. Die Mehrzahl der untersuchten Studien zeigt, dass bei Unterschreiten einer bestimmten Sauerstoffkonzentration im Wasser die Sauerstoffversorgung für Zellen und Gewebe nach kurzer Zeit zusammenbricht.

Die neuen Forschungsergebnisse belegen auch, dass die Körpergröße eines Organismus eine entscheidende Rolle für die Anpassungsgrenzen spielt. Kleinere Tierarten oder kleinere Individuen einer Tierart können bei niedrigeren Sauerstoffkonzentrationen und höheren Temperaturen überleben als die größeren Tiere.

„Wir beobachten bei Fischen in der Nordsee, dass bei extremen Temperaturen zuerst größere Individuen einer Art betroffen sind. Im Zusammenhang mit der Klimaerwärmung gibt es generell den Trend, dass kleinere Arten größere Arten in einer Region ersetzen in den wärmsten Meeresumgebungen leben bereits an ihrer Toleranzgrenze und werden sich wahrscheinlich nicht anpassen können. Bei anhaltender Erwärmung werden sie in kühlere Gebiete abwandern und es gibt keine anderen toleranten Tier- und Pflanzenarten, die die menschenleeren Lebensräume wieder besiedeln könnten", sagt Prof Hans-Otto Pöumlrtner vom Alfred-Wegener-Institut. Der Biologe hat die aktuelle Studie initiiert und ist koordinierender Erstautor des Kapitels „Ozeansysteme“ im Fünften Sachstandsbericht.

Die neue Metastudie zeigt, dass ihre komplexe Struktur den vielzelligen Organismen, also Tieren und Pflanzen, engere Grenzen setzt, innerhalb derer sie sich an neue Lebensbedingungen anpassen können. Einzelne Tierarten können ihre Körpergröße reduzieren, ihren Stoffwechsel reduzieren oder mehr Hämoglobin bilden, um im wärmeren, sauerstoffarmen Wasser zu überleben. Meerestiere und -pflanzen sind jedoch unter Bedingungen oberhalb der Temperaturschwelle von 41 Grad Celsius grundsätzlich nicht überlebensfähig.

Im Gegensatz dazu profitieren einfache einzellige Organismen wie Bakterien von wärmerem Meerwasser. Sie vermehren und verbreiten sich. „Infolge dieser veränderten Lebensbedingungen verändern sich Artengemeinschaften im Ozean. Künftig werden Tiere und Pflanzen in den wärmsten Meeresgebieten Probleme haben, zu überleben und Archaeen, Bakterien sowie Protozoen werden sich in diesen Gebieten ausbreiten bereits Studien zeigen, dass in den wärmsten Regionen des Ozeans einzellige Algen durch andere einzellige Organismen ersetzt werden", sagt Prof. Dr. Hans-Otto Pöumlrtner. Im nächsten Schritt gehen die Autoren der Frage nach, welche Rolle die Komplexität der Arten für die Toleranz und Anpassung an den dritten Klimafaktor im Ozean spielt, die Versauerung, die durch steigende Kohlendioxid-Emissionen und die Ablagerung dieses Treibhausgases im Meerwasser verursacht wird .

Leben am Limit

Meeresbewohner haben sich seit Generationen an die Bedingungen in ihren Heimatgewässern angepasst: an die vorherrschende Temperatur, die Sauerstoffkonzentration und den Säuregrad des Wassers. Unter diesen Lebensbedingungen wachsen sie am besten und leben am längsten. Allerdings haben nicht alle Lebewesen, die in einem Ökosystem zusammenleben, die gleichen Vorlieben. Die antarktische Aalnabe zum Beispiel lebt an ihrer unteren Temperaturgrenze und muss in wärmeren Wasserschichten des Südlichen Ozeans bleiben. Gelangt es in kaltes Wasser, wird ihm die Temperatur schnell zu kalt. Der Atlantische Kabeljau in der Nordsee hingegen würde sich über kälteres Wasser freuen, da sich große Exemplare bei Temperaturen über zehn Grad Celsius nicht wohl fühlen. Bei solchen Schwellenwerten sprechen Wissenschaftler von einem Temperaturfenster: Jeder poikilotherme Ozeanbewohner hat eine obere und untere Temperaturgrenze, an der er leben und wachsen kann. Diese "Fenster" variieren im Umfang. Arten in gemäßigten Zonen wie der Nordsee haben im Allgemeinen ein breiteres Temperaturfenster. Dies liegt an den stark ausgeprägten Jahreszeiten in diesen Regionen. Das bedeutet, dass die Tiere sowohl warmen Sommern als auch kalten Wintern standhalten müssen.

Das Temperaturfenster von Lebewesen in den Tropen oder Polarregionen ist demgegenüber zwei- bis viermal kleiner als das von Nordseebewohnern. Andererseits haben sie sich an die extremen Lebensbedingungen angepasst. Antarktische Eisfischarten zum Beispiel können in Wasser von bis zu minus 1,8 Grad Celsius leben. Ihr Blut enthält Frostschutzproteine. Außerdem können sie auf Hämoglobin verzichten, da ihr Stoffwechsel gering ist und ein Sauerstoffüberschuss vorhanden ist. Aus diesem Grund ist ihr Blut dünner und die Fische brauchen weniger Energie, um es durch den Körper zu pumpen – eine perfekte Überlebensstrategie. Aber: Eisfische leben am Limit. Steigt die Temperatur um einige Grad Celsius, stoßen die Tiere schnell an ihre Grenzen.


Lebensräume des offenen Ozeans

Der globale Weltmeer bedeckt etwa 71 % der Erdoberfläche und 90 % der Ozeanfläche besteht aus Lebensraum der Ozeanzone, die anderen 10 % sind die Küstenmeere. Um den Lebensraum des offenen Ozeans (oder der ozeanischen Zone) zu verstehen, müssen wir zunächst definieren, was dieses Gebiet ist und wie Wissenschaftler es vom Küstenozean unterscheiden. Jeder Kontinent hat einen Kontinentalschelf, der unter der Meeresoberfläche liegt und in die größeren Tiefen des Ozeans abfällt. Der Teil des Ozeans, der diesen Kontinentalschelf überlappt, ist der Küstenozean, auch neritische Zone genannt, und ist im Allgemeinen weniger als 200 m (650 ft) tief.

Der Lebensraum des offenen Ozeans beginnt am äußeren Rand des Festlandsockels und erstreckt sich von der Oberfläche bis in die tiefsten Tiefen des Meeresbodens. Die Wasserumgebung dieser Region, die zusammenfassend als pelagische Zone bezeichnet wird, wird weiter unterteilt nach der Tiefe und der relativen Durchdringung des Sonnenlichts durch das Wasser (Abb. 3 und Tabelle 1). Die benthische Zone bezieht sich auf den Meeresboden, einschließlich aller dort lebenden Pflanzen, Tiere und Strukturen (wie Riffe).

Tabelle 1. Die Namen, Tiefen und Beschreibungen der Zonen des offenen Ozeans.

Dieser „beleuchtete“ Bereich wird auch als photische Zone bezeichnet oder epilagisch. Durchdringendes Sonnenlicht ermöglicht eine relativ hohe Photosyntheseaktivität von Phytoplankton (im Allgemeinen mikroskopisch kleine Algen) und liefert Energie und Nahrungsquellen für andere Organismen.

Auch als "aphotische" Zone bezeichnet, die tiefste Schicht der Weltmeere, die überhaupt kein Sonnenlicht bekommt. Diese tieferen und dunkleren Tiefen lassen sich weiter in drei Bereiche unterteilen:

  1. Bathypelagisch (oder Badezone): 700-1.000 m (2.296-3.280 ft)
  2. EINbyssalpelagic (oder Abgrundzone/der Abgrund): 2.000-4.000 m (6.561-13.123 ft)
  3. Hadalpelagisch (oder Hadal-Zone / The Trenches): 6.000–10.000 m (19.685-32.808 ft0 .)

Tiefseeumgebungen

Broschüre: Bring That Rockfish Down Sea Grant und das California Department of Fish & Game
Siehe auch:
Drachenköpfe der Gattungen Sebastian und Sebastologus Seafood Watch Seafood Report, Montery Bay Aquarium

Wenn es um Ihr Leben geht, zählen Details. Da einige Steinfischarten im Ostpazifik entlang der Küsten der USA und Kanadas besonders selten geworden sind, ist das Verständnis der detaillierten Unterschiede zwischen den 72 Arten, die dieses Gebiet bewohnen, eine Priorität. Mit diesem Wissen können wir Fragen beantworten wie: Wie viele Fische können sicher gefischt werden und wie sollten wir nach diesen Arten fischen?

Wenn einige Rockfish wie ein Honeycomb Rockfish (Sebastes umbrosus) hochgezogen werden, kommen sie offensichtlich nicht gut mit dem Druckabfall zurecht. Viele Felsenfische kommen mit herausgestreckten Augen, aufgeblähten Seiten und einem durch das Maul ragenden Magen auf. Andere Fische haben dieses Problem nicht, obwohl sie sich in tiefere Gewässer vorwagen. Lampris guttatus) und Schwertfisch (Xiphias Gladius). -->

Funktioniert Catch-and-Release bei einem Fisch wie dem Rockfish? Sehen Sie sich die Broschüre von California Sea Grant an. Ein Teil des Problems besteht darin, den Rockfish zu trennen und zu wissen, was Sie haben. Sogar im Lebensmittelgeschäft wurden mehrere Arten unter dem Namen Rockfish, Red Snapper oder Rock Cod in einen Topf geworfen. Die Rockfishes sind weder echte Red Snapper noch Kabeljauarten, obwohl einige Arten jetzt als Red Snapper bezeichnet werden können. Die Fische, die wir als Rockfishes bezeichnen, sind die Fische der Gattung Sebastian und Sebastolobus. Felsenfische leben in der Küstenregion von den küstennahen Gebieten über den Festlandsockel bis etwa 800 m unter dem Meeresspiegel an Kontinentalhängen in der Nähe und am Boden. Manche leben gerne auf felsigen Untergründen. Es handelt sich um Fische von guter Größe zum Essen, zum Beispiel der möglicherweise bedrohte Kanarische Drachenkopf Sebastes pinniger wächst auf ein Gewicht von etwa 10 Pfund.

Der küstennahe felsige Meeresboden vor Kalifornien, Oregon und Washington ist die Heimat von

Die Felsenfische (Sebastes spp.) umfassen viele Fische, die wertvolle Freizeit- und kommerzielle Fische sind, die in der Nähe des Meeresbodens vor der kalifornischen Küste leben. Da ihre Zahl in den letzten Jahrzehnten zurückgegangen war, war die Rockfish-Fischerei in Kalifornien von Catch and Release eine gute Idee, um das Überleben der Fische zu unterstützen. Aber es kommt auf den Fisch an.


War der Körper von Säugetieren für eine Art Meeresumwelt besser geeignet als der Körper von Fischen? - Biologie


Im Rennen
für die Effizienz von Säugetieren,
die Ergebnisse sind da,
und es ist ein Unentschieden.


Von Mark Schrope

Illustriert von Kathleen McKeehen

Die Reise eines Delfins durch das Wasser ist in jeder Hinsicht ein schöner Anblick. Ihre scheinbar mühelose Anmut könnte Sie zu dem Schluss führen, dass ein Delfin für seine Aufgabe nicht besser geeignet sein könnte. Bis zu einem gewissen Grad haben Sie recht, sagt Terrie Williams, eine Forscherin in Kalifornien.

Im Januar dieses Jahres wurde ein wegweisendes Papier von Williams, einem Biologen der University of California, Santa Cruz, in den renommierten Philosophical Transactions der Royal Society of London veröffentlicht. Sie kombinierte die Ergebnisse ihrer 25-jährigen Forschung zur Effizienz schwimmender Säugetiere mit Erkenntnissen anderer Forscher zu rennenden und fliegenden Säugetieren, um eine lange gehegte Annahme der Biologie in Frage zu stellen. Ihre Schlussfolgerungen tragen auch zu unserem Verständnis der Säugetierevolution bei.

Die Williams-Forschung umfasst ein spezifisches Maß dafür, wie effizient ein Tier während der Reise arbeitet, die sogenannten Gesamttransportkosten. Dieses Maß bezieht sich auf die Energie, die ein Tier in Form von Kalorien verbraucht, geteilt durch die zurückgelegte Strecke. Es hilft, an Kalorien zu denken, da sich die Arbeit von Benzin —Williams’ um den Benzinverbrauch dreht, den zahlreiche Säugetiere erreichen.

Seit vielen Jahren wissen Wissenschaftler, dass Fische die effizientesten Reisenden sind, gefolgt von Vögeln im Flug und dann rennenden Tieren wie dem Pferd. Laut McNeill Alexander, einem Biologen an der University of Leeds in England, der Pionierarbeit in der Erforschung der Tierbewegungen leistete, gingen Biologen im Allgemeinen davon aus, dass diese Regel für Säugetiere gilt: Ein schwimmender Delfin wäre effizienter als eine fliegende Fledermaus oder ein laufender Gepard.

Williams ist die erste Person, die diese Annahme jemals überprüft hat, indem sie die Leistungsfähigkeit der Meisterschaftsathleten der Säugetierwelt vergleicht, die sich auf eine Form des Reisens spezialisiert haben, sei es Schwimmen, Fliegen oder Laufen. Sie fand heraus, dass die Hierarchie der Reiseeffizienz für die Tierwelt insgesamt nicht für Säugetiere gilt. Stattdessen präsentiert Williams’-Papier ihre bemerkenswerte Entdeckung, dass Champion Schwimmen, Laufen und fliegende Säugetiere ungefähr die gleiche hohe Effizienz aufweisen. Dies ist besonders bemerkenswert, da sie unterschiedliche Geschwindigkeiten haben und unterschiedliche Prozentsätze ihrer Energie verbrauchen, um die beiden Grundbedürfnisse von Säugetieren während der Reise zu erfüllen – warm zu halten und Gliedmaßen zu bewegen. Ein Seehund und ein Gepard des gleichen Gewichts werden also mit 1.000 Kalorien ungefähr die gleiche Distanz zurücklegen. Williams formuliert das anders. “If you think of a cheetah as a BMW,” she says, “this research shows that if you put that BMW motor on a streamlined boat, it would use the same amount of gas to move a mile in the water as it did on land.”

In her paper, she goes on to speculate just why it is that all three types of mammals have ended up with basically the same efficiency. Her suggestion is that they have reached an evolutionary peak—the bodies of the specialized mammals can’t evolve to travel any more efficiently than they already do. Some researchers disagree with this speculation and say that what she has found is nothing more than a coincidence. As with any new idea, particularly one that is difficult to prove or disprove, the debate is likely to continue for some time.

Williams’ research has not been confined to champion marine mammal athletes like dolphins. Over the course of her career she has worked with all kinds of mammals that get themselves soggy on a regular basis. This includes mammals such as the mink or sea otter that are considered semi-aquatic. The distinction between semi-aquatic and marine mammals is a little fuzzy. Though some will be angrier than others, just about any land animal thrown into the water will swim back to shore. And some specialized mammal swimmers like sea lions, though awkward on land, can get around using their body and flippers. Minks and sea otters, on the other hand, have legs that allow them to walk fairly easily on the land. Their bodies are not streamlined for swimming, but they spend a large amount of time in the water. Unlike fully marine mammals, which can migrate great distances across oceans, the semi-aquatics tend to stay closer to shore.

Because semi-aquatic mammals live in a sort-of evolutionary limbo between land and sea, spending time in both but not fully adapted to either, Williams feels they can help us understand how marine mammals evolved from land mammals.

W illiams, it seems, was destined to spend her life studying how mammals move. As a five-year-old paging through National Geographic, she remembers being mesmerized by a series of photographs showing leopards kicking up a cloud of dust as they tore a baboon apart. “The thing that struck me more than anything was the power and motion of the animals,” she says of the photos she has kept now for almost 40 years.

That fascination with movement grew through the years. As a teenage lifeguard she watched swimmers with the same interest she had as a child for the magazine photos. She recalls thinking that, unlike the leopards, the swimmers looked awkward as they made their way back and forth across the pool. “I realized that humans were just pathetic in the water,” she says, and she wanted to figure out why.

At first, Williams thought her fascination with mammal motion could best be pursued studying human physiology. She attended medical school at Rutgers University in New Jersey but became disenchanted within a year. The illness and poverty she witnessed while working in the public hospital there was so grim that she concluded there was nothing enjoyable about the work and left.

She decided it was the physiology she was most interested in, not people, so she turned her attentions to animals that were a bit less depressing to work with. She grew up in Norfolk, Virginia, surrounded by rivers and the Chesapeake Bay, as well as the Atlantic Ocean a few miles east. Her family’s favorite activities from swimming to fishing centered around water, so it was no surprise that she decided to focus her attention on aquatic mammals.

After leaving medical school, Williams stayed at Rutgers but switched to the biology department where she did her doctoral research on minks. Williams explored whether the minks’ ability to get around in water and on land made them good at both, one, or neither form of travel. One way to answer that question would be to look at the minks’ total cost of transport when swimming or running. Though that is a measure of how many calories they use to go a given distance, the exact number of calories an animal takes in as food is difficult or impossible to measure. Even if you could calculate those calories, you wouldn’t be able to tell exactly how many of them were spent on a specific activity during an experiment. The amount of oxygen, however, can be measured directly during experiments. Because animals need a specific amount of oxygen to put a given number of calories to use, Williams used oxygen measurements as a gauge of the minks’ efficiency.

Williams’ conclusion? “They do everything crummy.” Like a four-wheel-drive truck, they can go just about anywhere but they pay a high price for this versatility—horrible efficiency. Williams’ later research on other semi-aquatic mammals such as sea otters has confirmed this conclusion as a general rule for semi-aquatic mammals. She has found that these mammals use up to five times as much energy as the specialized mammals to get around.

Williams says that humans can be thought of as semi-aquatic mammals in one sense. Although any mammal will swim if forced to, humans enter the water on a regular basis by choice. Of course, we do even worse than the real semi-aquatics. The same amount of energy that carries a dolphin 60 miles will take us a whopping 5 miles. In terms of efficiency, we do best when we stay dry. Having evolved for travel on land, that’s where we can compete as specialized athletes in the mammal world. Our total cost of transport while running is similar to that of a champ like the cheetah.

The problem with jumping from land to water is that limbs like legs, which propel creatures efficiently on land, are terrible for travel in the water and vice-versa. The body that can do double-duty reasonably well has to be a compromise, so it uses more energy at either form of travel than do the specialists. “That is why being a triathlete is so bloody difficult,” Williams says.

Her conclusion that semi-aquatic mammals are terribly inefficient got her thinking about the evolutionary history of the marine mammals. Scientists believe that mammals first evolved on land but that some, the ancestors of dolphins and whales, started the transition to marine mammals about 60 million years ago. The first step would have been for some land mammals to start braving swampy waters near shore seeking food that was more plentiful or easily obtained there. Little by little, over the course of millions of years of natural selection, some of these animals would have become better adapted to moving in the water, allowing them to spend more time there.

In simple terms, natural selection means that animals with adaptations that give them an advantage over others of their species will survive longer, and so have more babies. Thus, a helpful adaptation can in time become common to the species. The source of these adaptations is random changes that crop up in an animal’s genetic code that lead to some new trait.

The idea is that the evolving characteristic, such as an animal’s hearing, improves because such adaptations increase the chance of survival. Better hearing might help an animal detect an attacker sooner and escape, leaving another animal to be the attacker’s dinner.

In the case of animal travel, two potential improvements would be to get faster or to increase efficiency. But switching from travel on land to swimming provides some difficult challenges. Water is much denser than air, making it harder to move. It also sucks heat away from the body faster than air, making it harder to stay warm. Of course, life on land is no picnic either. There an animal constantly battles gravity, unlike the swimmer suspended in water. This suspension is good news for a streamlined animal, such as a dolphin, which can overcome water’s density, but what about those ancient land mammals dabbling in the wet life?

Most scientists are used to thinking of evolution as a process that results in obvious improvements in the characteristics or efficiency of an animal’s body. For instance, some light-colored moths evolved to dark to blend better with dark trees and avoid being seen. The tuna’s tail has improved in increments through evolutionary time to become the ideal propeller. This sped tuna up to catch more food while avoiding becoming food themselves. But the transition of land mammals to water would have meant a drastic loss of efficiency, says Williams. Taking today’s semi-aquatic mammals as a model for the ancient transitional ones, Williams thinks travel in water would have been about as efficient as taking your car for a spin in a lake.

At first glance it appears that, in terms of natural selection, mammals never should have taken the path to aquatic travel because it would have meant giving up an advantage in efficiency. “This situation meant overcoming a hurdle. Things were not getting progressively better, things got worse,” Williams says.

Frank Fish, a professor at West Chester University in Pennsylvania who also studies mammal movement and evolution, says Williams raises a good question: “If you are compromising yourself, how do you manage? What is the advantage?” But if the move to water was a true disadvantage, those animals would not have survived. Williams’ solution to this puzzle is simple. “You have to rethink what is being optimized,” she says. Although the physical cost of moving around in the water was probably higher than on land for the transitional mammals, a food advantage would have balanced this out.

Once mammals made it into the water, evolution appears to have proceeded in the way scientists commonly think—with adaptations leading to faster, more efficient swimming. Having shed new light on the evolutionary path of marine mammals, Williams went on to study where that path led. She applied the techniques she developed for minks on specialized swimmers such as seals and dolphins to see how much efficiency they had evolved.

To determine the efficiency of swimming seals, Williams had the animals swim against flowing water in a tank, while she measured their oxygen consumption. She took measurements with the animals swimming at a variety of speeds. The speed at which the seal swam most efficiently was used to determine its total cost of transport for swimming. Williams compares this level of peak efficiency to a car getting its best gas mileage at sustained highway speeds. By establishing this peak efficiency for all the mammals she has studied, Williams is able to make comparisons between them.

Dolphins are harder to study than the seals because researchers can’t make the water in a tank flow fast enough to challenge them, Williams says. She had to invent a new way to measure their oxygen use while allowing them to swim freely. The system she developed involves using controlled experiments to measure how much oxygen dolphins use at a given heart rate while resting or exercising with their snout against a rubber pad (see illustration). She then attaches a heart rate monitor to the dolphins when they are in the open ocean. Oxygen use can be estimated by comparing the heart rates of dolphins swimming freely against those achieved during the controlled experiments. The dolphins’ peak efficiency includes the high-speed jumps, called porpoising, for which they are famous. Williams says these maneuvers are a more efficient way for fast-swimming dolphins to get a breath of air. When they just come to the surface for a breath, the drag there makes them work harder than if they leap for a breath.

After years of gathering this kind of total cost of transport data, Williams started comparing her results for different mammals. She found that the amount of energy used by a seal and a dolphin of equal size while swimming was about the same. They had both evolved to about the same level of efficiency.

Intrigued, Williams wondered what would happen if she compared efficiencies for other mammals against those of dolphins and seals. By searching through journals and speaking to other researchers, she assembled comparable data from a zoo of other mammals, including runners from rodents to elephants, flyers like bats, and other marine mammals such as whales. Wiliams found that the specialized mammal runners, flyers, and swimmers had all evolved to reach the same efficiency, though they travel at different speeds. “That was a real shocker,” she says, given the previous assumption by scientists that the general rule of swimming being the most efficient form of travel followed by flight, then running, would apply to mammals. Instead she says, “It looks like a mammal is a mammal is a mammal.”

This relationship between the different forms of travel is not simply a matter of all mammals using the same amount of energy to make their fins, legs, or wings go. Making those limbs move is only one way mammals use energy. Because they are warm-blooded, they also use a fair amount of energy just to keep warm. This is called a maintenance cost.

The amount of energy needed for maintenance and travel costs can be very different in different places. Water carries heat away from an animal’s body so much faster than air that mammal swimmers use nearly three times more energy to stay warm compared to runners and flyers. On the other hand, swimmers are not fighting gravity as much, so it takes less energy for the streamlined swimmers to move their limbs and body.

So each form of travel has essentially one advantage and one disadvantage. The amazing thing, Williams discovered, is that despite the great range in energies spent on maintenance and travel costs, different mammals still managed to end up with that same efficiency. So the ancient mammals that successfully entered the sea and began the process of specializing as swimmers eventually came right back to the same efficiency they had on land.

Williams thinks this information shows that the level of efficiency reached by the specialized mammals represents an evolutionary peak, which means that there is not really any room for improvement in travel efficiency given the constraints of a mammal body. “It is not just coincidental,” agrees Fish, the Pennsylvania biologist. “It means there is some overriding physical constraint that dictates how much energy a [mammal] is going to spend to move.”

One possible explanation for why mammals have hit this peak is that it is a mechanical limitation. But, if this were the case, one would expect air, land, and water travel to lead to different evolutionary peaks.

Because all three forms of travel have led to the same peak for mammals, Williams believes the limit is imposed by physiology, something all three forms of travel have in common. Her suggestion is that the lungs are the source of the limitation. This conclusion is where, she admits, she is “most out on a limb.”

"I think I’m known for having a little creative interpretation,” she says. “That doesn’t necessarily mean it’s right. I’d just rather have fun trying to speculate.”

Williams’ conclusion wasn’t just an arbitrary guess. All bodily functions of animals are indeed driven by oxygen. Williams suggests that because mammals’ lungs are in charge of passing oxygen into the bloodstream, where it can be used to supply the muscles, the limitation probably stems from the lungs’ ability to do their job.

Other researchers have determined that fish gills are the most efficient at taking in oxygen, followed by the air sacs in birds, and finally the lungs of mammals. Supporting Williams’ theory, the efficiency in the animal world follows the same pattern. Fish says that while her explanation will be difficult to prove it is a “seed of an idea” that could answer the question of why specialized mammals seem to have reached a wall in terms of efficiency. “I think her ideas are really bearing fruit and being taken notice of all over,” he says. “The work she has done is just fantastic.”

Alexander, the British mammal movement pioneer, is one who has taken notice. He says the results of Williams’ research are intriguing, and notes that they will interest many biologists. However, he just wrote an analysis of her research for the journal Nature, in which he disagrees with her conclusion that mammals have hit an evolutionary peak because of their lungs. Instead he feels that the only safe conclusion is that the similarities between efficiencies for different forms of travel in mammals are a coincidence.

Alexander offers little explanation for his rejection of the lung idea. He does say the conclusion that the cost of transport is about the same for bats as it is for mammal runners and swimmers is wrong. His reasoning is that the efficiency of bats is about as close to birds as it is to the other specialized mammals. Williams agrees that because bats fall between birds and the rest of the mammals, one could compare them in either direction. She says that at one point she considered only comparing runners and swimmers in her paper, but decided the bats were close enough to make the comparison interesting and worth considering.

A s with any idea about evolution, Williams’ conclusions can never be fully tested without a time machine or a multimillion-year attention span. A reasonable next step will be for other researchers to see if what Williams has learned about mammals is a universal phenomenon. One of the best ways to do that will be to look at other animals with the same oxygen delivery system but different modes of travel.

Scientists think bird evolution was similar to that of mammals in that they began as runners before evolving to specialize in a new form of travel. Because there are still bird runners, an interesting comparison could be made. The ostrich, an efficient runner without flight capability, is so much larger than most birds that comparisons become messy. The New Zealand kiwi bird, however, is a runner with a size similar to the average bird. Williams is hoping that bird researchers will eventually make the same comparison among birds that she made among mammals. “I’m dying to see a kiwi on a treadmill,” she says, referring to the method used to measure the cost of transport for runners. If the same pattern of similarity in the total cost of transport were found, it would lend strong support to Williams’ idea that oxygen delivery systems can determine what the peak efficiency of an animal will be.

Williams says that other than Alexander’s commentary, response to her research has been positive. As more scientists become aware of her research, new discussions will be sparked. Her ideas throw a wrench in the way scientists have thought about evolution and the hierarchy of efficiency for more than 25 years. It could take years for these ideas to be fully accepted even if further research supports them. Williams is patiently excited about the debate process and research to come. As she says, “I can’t even say where it’s going to go.”

Text © 1999 Mark Schrope
Illustrations © 1999 Kathleen McKeehen


5 Reasons Wild-Caught Fish Isn’t Always the Best Choice (But Sustainable Aquaculture Might Be)

We’ve been told time and time again that the most sustainable, healthiest seafood choice is wild-caught fish, but times are changing: as the world’s wild fish populations deplete at an ever-growing pace, strides are being made in the world of fish farming, and today, sustainable aquaculture is the way to go.

Don’t believe us? Here are five great reasons to choose (sustainable!) farmed fish instead of wild.

1. We’ve learned from our mistakes.

Our preconceived notions about farmed fish being a less sustainable, less healthy alternative didn’t come from nowhere. Jacqueline Claudia, LoveTheWild’s co-founder and CEO, notes that while aquaculture has been around since ancient China, the first commercial scale aquaculture in the U.S., which was developed in the 1970s, “was pretty ugly by many accounts.”

“It spawned the enduring negative perceptions of aquaculture: overcrowding, reliance on wild fish for feed, disease and antibiotic use, poor quality fish, and environmental devastation,” she says.

Doesn&apost sound like a pretty picture, does it? Luckily, sustainable aquaculture today has progressed leaps and bounds.

Overcrowding is one great example: while fish naturally crowd and school together in the great wide ocean – and can even get ill when they are not able to exhibit this natural behavior – early fish farms nonetheless had problems linked to overcrowding, such as low oxygen and excessive waste.

“Today, science has led to deeper understanding of optimal stocking densities of a given system, and most salmon farms operate around a maximum of 15kg/square meter (about a third of historical levels),” explains Claudia. “To put this in perspective, some modern aquaculture like that at Pacifico Striped Bass operates pens that are 98% water and 2% fish.”

Another major change in the aquaculture industry is the way in which farmersਊpproach and treat disease.

"The one thing that a lot of people are working on are new diagnostics that will help to both identify diseases early on as well as to prevent diseases," says Monica Jain, Founder and Executive Director ofਏish 2.0, who notes the presence of a new trend in sustainable aquaculture. "People are creating products that make the fish stock, the farmed fish healthier rather than trying to treat diseases after they start."

2. Sustainable aquaculture isꂾtter for the environment.

If you’ve been following the aquaculture industry for a while, this might come asਊ surprise. After all, early aquaculture systems could be quite detrimental to the environment, mostly because of location choices.

“In those early commercial fish farms, pens were back to back in fjords and other areas with bad water movement and operated continuously,” notes Claudia. “Today we have complex models that take into account currents, temperatures, weather patterns, etc to help site pens to appropriately minimize environmental impact.”

Wild fishing, on the other hand, is detrimental to the environment in a myriad of ways, specifically overfishing, which EnvironmentalScience.org calls "a primary cause of ecosystem collapse in many aquatic systems."

Other environmental effects of fish farming include the destruction of aquatic habitat due to dredging, which turns up sediment, decreasing water quality and digging up necessary burrowing worms from the ocean floor, throwing the delicate ecosystem off balance.

3. Bycatch is still prevalent in the world of wild fisheries.

Bycatch is a common problem in wild fisheries due to unsavory and unethical fishing methods, especially in countries such as Indonesia, Thailand, and Vietnam where fishing is often not as highly regulated.

𠇏ishing gear can be devastating to marine mammals, turtles, etc,” says Claudia. “It is very hard to regulate, especially in the developing countries where a lot of our wild fish is caught.”

While advances in both gear types and legislation protecting unintended bycatch have brought about great strides in recent years, the fact is that most fisheries do still have problems with unintended bycatch, often amounting to up to half of the fish cost.

According to a February letter written by Kate O𠆜onnell of the Animal Welfare Institute and Friederike Kreme-Obrock of Sharkproject Germany to the Marine Stewardship Council, more than 650,000 marine mammals and millions of sharks die every year as a result of bycatch.

4. Contamination is more prevalent in wild fish.

Wild-caught seems synonymous with a cleaner, purer, more natural product, but unfortunately these days, that association is all in our heads.

“Most people choose wild fish because they think it is &aposcleaner&apos than farmed fish,” says Claudia. 𠇋ut sadly that&aposs no longer true.”

Wild seafood is often contaminated with dangerous compounds due to pollution. Jennifer K. Nelson, R.D., L.D., writes for Mayo Clinic that over the past several decades, 𠇌oncerns have arisen about the effects heavy metal contaminants (such as mercury), pollutants (such as polychlorinated biphenyls, PCBs), pesticides, fertilizers and even trash have on the safety of water and fish.”

When farmed fish are fed smaller wild fish, these contamination problems are present in aquaculture, too. But strides that have been made in creating sustainable, healthier sources of feed for farmed fish have shifted the balance.

“With farmed fish, you control the feed, and can produce fish free of those contaminants,” says Claudia.

In addition, farmed fish are less likely to contain parasites, as one horrifying tale recently published on Vice Munchies reveals. According to the report, nearly all wild fish contains parasites or worms, but farmed fish, which are not only segregated from these parasites by virtue of their living situation but are also fed pellets that are treated for parasites, are immune: aꃚnish study comparing wild and farmed fish found that some wild species had a whopping 90 percent infection rate of a particular type of parasite known as nematodes, while farmed fish had none at all.

5. We have more of it.

Wild-caught fish is an amazing resource, but as the world’s population grow – and our hunger for fish grows with it – wild fish stocks are rapidly depleting. A team of marine scientists from Dalhousie University found in 2006 that if current fishing practices continue, the world’s major fish populations will become effectively extinct within the next 30 years.

"Globally we will continue to eat more and more seafood, and yet it is crystal clear that natural resources cannot provide that growing demand," saysਊndrew� from Obvious Ventures. "We have no choice but to make farmed fish a healthy reality alternative."

Of course, choosing sustainable farmed fish requires a bit of homework. Be sure to check a sustainable fishਊpp like Seafood Watch to ensure that you&aposre making smart, ethical, sustainableꃺrmed fish purchases and that you&aposre supporting the burgeoning industry of sustainable aquaculture.


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