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Mittwoch, 13.12.2017
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Tierische „Steinmetze“ nagen an der Küste

Bioerosionsleistung durch Kosterfjord-Experiment erforscht

Ob Seeigel, Bohrmuscheln oder Mikroorganismen: sie alle nagen durch ihre Fress- und Lebensgewohnheiten an den Küsten. Entweder bohren sie Löcher in den Fels um sich darin vor der Brandung sowie vor Feinden zu schützen, oder der Abbau der Felsen erfolgt während ihrer Nahrungssuche. Diese so genannte Bioerosion zerstört im Laufe der Zeit insbesondere die Oberfläche carbonathaltiger Gesteine oder Tierskelette wie beispielsweise Muschelschalen. Erstmals hat nun ein Wissenschaftler durch eine experimentelle Studie nachweisen können, auf welche Art und mit welcher Geschwindigkeit die Bioerosion in den höheren Breiten vonstatten geht.
Unterwasserroboter am Kosterfjord

Unterwasserroboter am Kosterfjord

Bioerosion ist entscheidend verantwortlich für den Abbau von Karbonaten – sei es an Kalksteinküsten, Korallenriffen oder einfach nur an Muschelschalen. Grundsätzlich lassen sich die tierischen „Steinmetze“ in Bohrer und Weidegänger unterteilen: So fressen sich Bohrschwämme, Bohrwürmer, Algen oder Cyanobacterien regelrecht in das Gestein hinein, während hingegen Schnecken oder Seeigel die Oberfläche der Felsen beim Abweiden von Algen abraspeln. Auf diese Weise können die Organismen innerhalb eines Jahres flächenhaft mehr als einen Millimeter Gestein abtragen. Die Erforschung der Bioerosion beschränkte sich jedoch bislang vorwiegend auf die nährstoffarmen Meere der Tropen und Subtropen.

Kosterfjord-Experiment


Nun hat Max Wisshak mit Kollegen vom Institut für Paläontologie in Erlangen erstmals die Stärke der Bioerosion in den höheren Breiten mithilfe einer zweijährigen Feldstudie nachgewiesen. Zusammen mit dem Tjärnö Marine Biological Laboratory in Schweden tauchte Wisshak dafür in das kalte Milieu des Kosterfjords im Skagerrak ab. Entlang eines Profils vom lichtdurchfluteten Flachwasser bis hinab zum lichtlosen Grund des Fjords installierten die Wissenschaftler mit Hilfe eines Unterwasserroboters mehrere Experimentaufbauten. Hierauf befestigten sie verschiedene Substrate, die sie in mehreren „Ernten“ nach sechs, zwölf und 24 Monaten wieder ans Tageslicht holten.

Kunstharzausguss einer Grünalgenspur unter dem Rasterelektronenmikroskop

Kunstharzausguss einer Grünalgenspur unter dem Rasterelektronenmikroskop

Die Auswertung der Bohrspuren, die die Tiere auf den Substraten hinterlassen hatten, erfolgte mit Hilfe einer Kunstharz-Ausgussmethode. Dies ermöglichte den Wissenschaftlern eine 3D-Visualisierung der Bohrspuren mit der Rasterelektronenmikroskopie und somit eine exakte Auswertung des Experiments. Insgesamt konnte Wisshak 21 Mikrobohrspuren nachweisen, die durch Grünalgen, Cyanobakterien, Pilze und unbekannte Erzeuger hinterlassen wurden. Zudem identifizierte der Paläontologe die Aktivität einer Reihe von Makrobohrern wie Polychaeten, Foraminiferen und Bohrschwämmen sowie Weidegängern wie Echiniden, Gastropoden und Chitoniden.


Tropische Bioerosion bis zu hundertmal stärker


Wisshak kam zu dem Ergebnis, dass die Erosionsleistung stark von der Wassertiefe und somit vom Lichtangebot für die photosynthesetreibenden Bohrorganismen abhängt. Gleichzeitig reduziert sich mit zunehmender Tiefe auch die Aktivität der Weidegänger. So bildete sich im Laufe des Kosterfjord-Experiments in nur einem Meter Wassertiefe bereits nach zwölf Monaten eine vollständige Bohrervergesellschaftung aus, die durch Cyanobakterien dominiert wurde. In sieben Metern Tiefe hingegen kam es zur größten Artenvielfalt unter den Bohrern und einer Vorherrschaft der Grünalgen. Mit zunehmender Tiefe verlangsamte sich hingegen die Ansiedlung von Bohrervergesellschaftungen erheblich und unterhalb von 30 Meter waren selbst nach 24 Monaten nur einige wenige Bohrpilze anzutreffen.

Experimentiergestelle am Meeresgrund

Experimentiergestelle am Meeresgrund

Die Gewichtsverluste durch diese Form der biogenen Abtragung belaufen sich im Flachwasser auf ein Maximum von rund 220 Gramm pro Quadratmeter und Jahr. In sieben und 15 Meter Wassertiefe hingegen beträgt der Verlust nur noch etwa 50 Gramm pro Quadratmeter und Jahr. Dieser abnehmende Trend setzt sich mit zunehmenden Wassertiefen weiter fort. Die Erosionsleistung ist damit bis zu hundertfach geringer als in tropischen Gewässern, in denen das Licht in wesentlich größere Tiefen reicht.

Da marine Bohrspuren in der Paläontologie als wertvolle Umweltindikatoren gelten, beispielsweise im Hinblick auf die ehemalige Meerestiefe oder Wassertemperatur, erhielt Wisshak für seine wegweisende Arbeit den Tilly-Edinger Nachwuchspreis 2005 der Paläontologischen Gesellschaft.
(Max Wisshak/IPAL Erlangen, 17.03.2006 - AHE)
 
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