Back to the roots: Meeresbewohner trotzen der Ozeanversauerung, da sie den abgesenkten pH-Wert bereits aus dem Urozean kennen

Wie ein Untoter taucht die Ozeanversauerung in regelmäßigen Abständen in den Medien auf und verunsichert die Bevölkerung. In unserer kleinen Serie der letzten Tage (hier, hier, hier) haben wir versucht, die verzerrte Diskussion zurück auf die Faktenebene zu bringen. Dabei konnten wir u.a. zeigen, dass man die Korallen lange unterschätzt hat. Neueste Forschungen haben gezeigt, dass sich die Korallenwunder sehr wohl gegen Wärmestress und Versauerung gut schützen können. Heute nun wollen wir im abschließenden Teil unserer Serie die Reaktion anderer Meeresbewohner auf die Versauerung besprechen.

FISCHE

Beginnen wollen wir mit den Fischen. Eine Arbeit der Geomar-Forscher Franke and Clemmesen aus dem Jahr 2011 im Fachmagazin Biogeosciences beschreibt experimentelle Ergebnisse, die zeigen, dass die Ozeanversauerung den Hering ziemlich kalt lässt und er erniedrigte pH-Werte gut meistern kann. Hier ein Auszug aus der Kurzfassung:

Effect of ocean acidification on early life stages of Atlantic herring (Clupea harengus L.)
Due to atmospheric accumulation of anthropogenic CO2 the partial pressure of carbon dioxide (pCO2) in surface seawater increases and the pH decreases. This process known as ocean acidification might have severe effects on marine organisms and ecosystems. The present study addresses the effect of ocean acidification on early developmental stages, the most sensitive stages in life history, of the Atlantic herring (Clupea harengus L.). Eggs of the Atlantic herring were fertilized and incubated in artificially acidified seawater (pCO2 1260, 1859, 2626, 2903, 4635 μatm) and a control treatment (pCO2 480 μatm) until the main hatch of herring larvae occurred. The development of the embryos was monitored daily and newly hatched larvae were sampled to analyze their morphometrics, and their condition by measuring the RNA/DNA ratios. Elevated pCO2 neither affected the embryogenesis nor the hatch rate. Furthermore the results showed no linear relationship between pCO2 and total length, dry weight, yolk sac area and otolith area of the newly hatched larvae.

In der Schlussfolgerung des Artikels heißt es:

The present study has shown that herring eggs can cope at current temperature conditions with an increase in pCO2, ex-ceeding future predictions of CO2-driven ocean acidification

 

KALKIGES PLANKTON

Gute Nachrichten gab es auch auf ntv am 3. Dezember 2012: Die Ozeanversauerung ist nicht das Hauptproblem für das Plankton:

Meeresforscher sind alarmiert: Klimawandel heizt Kalk ein
Dem Kalk bildenden Plankton im Nordatlantik machen steigende Wassertemperaturen zu schaffen – und zwar stärker als die Versauerung des Meerwassers. Das berichten internationale Wissenschaftler in der Fachzeitschrift “Nature Climate Change”. “Zwischen 1960 und 2009 ist die durchschnittliche Wassertemperatur im Nordatlantischen Ozean um ein halbes Grad Celsius gestiegen, in der Nordsee sogar um ein Grad Celsius”, sagte Hauptautor Gregory Beaugrand von der französischen Université Lille 1. “Die Meerestemperatur ist jetzt die größte vom Klimawandel ausgehende Gefahr, der verkalkendes Plankton im Nordost-Atlantik ausgesetzt sind”, heißt es in der Untersuchung. Bislang waren Klima- und Meeresforscher davon ausgegangen, dass die Versauerung der Weltmeere infolge des Klimawandels die größte Gefahr für verkalkendes Plankton ist. Plankton sind kleine Lebewesen, die im Wasser schweben. Als kalzifizierend wird es bezeichnet, wenn es beispielsweise für sein Gehäuse Kalk bildet. Für ihre Studie nutzten die Forscher den “Continuous Plankton Recorder” – eine Datenbank, für die seit 1946 regelmäßig Plankton im Nordatlantik und in der Nordsee eingesammelt wird.

Zum kalkigen Plankton gehören auch Teile der sogenannten Foraminiferen. Im April 2014 hatte das Geomar hier Aufregendes im Rahmen einer Pressemitteilung zu berichten (siehe auch unseren Beitrag „Neue Geomar-Studie: Einzeller tolerieren Ozeanversauerung“):

Forscher des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Ozeanforschung Kiel zeigen in einer aktuellen, von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) geförderten Studie, dass kalkbildende Einzeller, sogenannte Foraminiferen, unter bestimmten Bedingungen auch mit sehr hohen CO2-Werten gut umgehen können.

Bereits am 13. September 2013 hatte das Geomar in einer anderen Pressemitteilung eingeräumt, dass das kalkige Kleinstplankton von einer leichten Ozeanversauerung sogar profitiert:

CO2-hungrige Mikroben könnten das marine Nahrungsnetz kurzschließen
Entscheiden die kleinsten Plankton-Organismen über die Zukunft des Ozeans? Ein fünfwöchiges Freiland-Experiment des europäischen Forschungsprojekts zur Ozeanversauerung EPOCA (European Project on Ocean Acidification) zeigt, dass Pico- und Nanophytoplankton von einem höheren Kohlendioxid-Gehalt im Wasser profitiert. […] Eine Sonderausgabe des Fachmagazins der European Geosciences Union, Biogeosciences, bündelt die Ergebnisse der Studie, die 2010 im Kongsfjord, Spitzbergen, stattfand. […] Die Kleinsten der Kleinen scheinen zu den Gewinnern im Ozean der Zukunft zu gehören. In einem fünfwöchigen Experiment zeigte ein internationales Wissenschaftler-Team, dass besonders kleines Plankton, das Pico- und Nanophytoplankton, unter erhöhten Kohlendioxid-Werten stärker wächst und mehr organischen Kohlenstoff bildet.

Anstatt sich nun zu freuen, entwickelten die Geomar-Apokalyptiker sogar aus dieser positiven Entwicklung einen Ersatzalarm:

„Wenn das winzige Plankton derart zulegt, verbraucht es die Nährstoffe, die unter normalen Bedingungen auch größeren Planktonarten zur Verfügung stehen“, erklärt Prof. Ulf Riebesell vom GEOMAR, Leiter der KOSMOS Mesokosmen-Experimente. „Wir konnten deutlich erkennen, dass der Boom an der Basis des Nahrungsgefüges zu Lasten der Diatomeen ging, Kieselalgen, die zum Mikro-Phytoplankton zählen. Unser Experiment war zu kurz, um zu überprüfen, ob auch Zooplankton darunter leidet. Dies liegt jedoch nahe.“ In einem von Pico- und Nanophytoplankton dominierten System wird zudem weniger Kohlenstoff in den tiefen Ozean transportiert. „Das kann dazu führen, dass die Meere zukünftig weniger CO2 aufnehmen“, folgert der Kieler Biogeochemiker. Und noch eine klima-relevante Funktion wird geschwächt: Die Produktion von Dimethylsulfid (DMS). Dieses Gas begünstigt die Wolkenbildung über den Ozeanen. So gelangt weniger Sonnenlicht bis zur Erdoberfläche, was dem Treibhauseffekt entgegenwirkt. „Diese für den Menschen wichtigen Dienste des Ozeans können durch die Versauerung also deutlich beeinträchtigt werden.“

Stellen Sie sich nun einmal vor, die kleinen Plankton-Organismen hätten unter der Versauerung gelitten. Dann wäre eine andere Horrorstory daraus gesponnen worden: „Hilfe, das Kalkplankton wird von der Versauerung dahingerafft!“ Eine klassische Lose-Lose-Situation. Egal, welches Resultat, stets ist es eine Bestätigung der Klimakatastrophe. Wie kann man diese negative Vorgehensweise erklären? Das Geomar verrät sich in der besagten Pressemitteilung selbst:

Für das Experiment brachte das Greenpeace-Schiff ESPERANZA im Mai 2010 neun Mesokosmen nach Spitzbergen und setzte diese gemeinsam mit dem internationalen Forscherteam im Kongsfjord vor Ny-Ålesund aus. In den acht Meter hohen Schwimmkörpern der Mesokosmen hängen lange Kunststoffsäcke mit einem Fassungsvermögen von je 50 Kubikmetern. Wie riesige Reagenzgläser schließen sie eine Wassersäule mit den darin enthaltenen Kleinstlebewesen ein.

Die Lösung: Die Forscher haben ein Greenpeace-Schiff für ihre Ausfahrt verwendet. Da kann und darf natürlich nichts anderes herauskommen als klimatischer Weltuntergang. Einfach irre.

Scinexx machte es da am 7. Februar 2013 deutlich besser:

Einzeller profitieren vom Klimawandel
Sich schnell ausbreitende Foraminiferen könnten zukünftig Korallen als Riffbildner ablösen. Das Klima steigt und die Ozeane versauern, doch kleinen, schalentragenden Einzellern in den Ozeanen kommt diese Veränderung gerade recht. Denn die Foraminiferen breiten sich zurzeit bereits rasant aus – und könnten in Zukunft Korallen als Kalkbildner ablösen. Das zeigt die Studie eines internationalen Forscherteams. Die von Kalkschalen umhüllten Winzlinge könnten damit zukünftig auch einen wichtigen Beitrag dazu leisten, Küsten zu stabilisieren und gegen den Meeresspiegelanstieg zu schützen, berichten die Forscher im Fachmagazin “PLOS ONE”.

Zum kalkigen Plankton gehören auch die Coccolithen. Unerwarteterweise profitiert auch diese Organismengruppe von der Ozeanversauerung. Hierzu gibt es eine ganze Reihe von neueren Arbeiten, die Sie parat haben sollten, wenn demnächst mal wieder jemand über den Untergang der Meeresfauna und –flora jammert. Beginnen wir mit einer Studie einer Forschergruppe um Kai Lohbeck, die im April 2012 in Nature Geoscience erschienen war:

Adaptive evolution of a key phytoplankton species to ocean acidification
Ocean acidification, the drop in seawater pH associated with the ongoing enrichment of marine waters with carbon dioxide from fossil fuel burning, may seriously impair marine calcifying organisms. Our present understanding of the sensitivity of marine life to ocean acidification is based primarily on short-term experiments, in which organisms are exposed to increased concentrations of CO2. However, phytoplankton species with short generation times, in particular, may be able to respond to environmental alterations through adaptive evolution. Here, we examine the ability of the world’s single most important calcifying organism, the coccolithophore Emiliania huxleyi, to evolve in response to ocean acidification in two 500-generation selection experiments. Specifically, we exposed E. huxleyi populations founded by single or multiple clones to increased concentrations of CO2. Around 500 asexual generations later we assessed their fitness. Compared with populations kept at ambient CO2 partial pressure, those selected at increased partial pressure exhibited higher growth rates, in both the single- and multiclone experiment, when tested under ocean acidification conditions. Calcification was partly restored: rates were lower under increased CO2 conditions in all cultures, but were up to 50% higher in adapted compared with non-adapted cultures. We suggest that contemporary evolution could help to maintain the functionality of microbial processes at the base of marine food webs in the face of global change.

Einen Monat später, im Mai 2012, hatte eine Forschergruppe um Avery McCarthy im Journal of Phycology ebenfalls Interessantes zu berichten:

ELEVATED CARBON DIOXIDE DIFFERENTIALLY ALTERS THE PHOTOPHYSIOLOGY OF THALASSIOSIRA PSEUDONANA (BACILLARIOPHYCEAE) AND EMILIANIA HUXLEYI (HAPTOPHYTA)
Increasing anthropogenic carbon dioxide is causing changes to ocean chemistry, which will continue in a predictable manner. Dissolution of additional atmospheric carbon dioxide leads to increased concentrations of dissolved carbon dioxide and bicarbonate and decreased pH in ocean water. The concomitant effects on phytoplankton ecophysiology, leading potentially to changes in community structure, are now a focus of concern. Therefore, we grew the coccolithophore Emiliania huxleyi (Lohmann) W. W. Hay et H. Mohler and the diatom strains Thalassiosira pseudonana (Hust.) Hasle et Heimdal CCMP 1014 and T. pseudonana CCMP 1335 under low light in turbidostat photobioreactors bubbled with air containing 390 ppmv or 750 ppmv CO2. Increased pCO2 led to increased growth rates in all three strains. In addition, protein levels of RUBISCO increased in the coastal strains of both species, showing a larger capacity for CO2 assimilation at 750 ppmv CO2. With increased pCO2, both T. pseudonana strains displayed an increased susceptibility to PSII photoinactivation and, to compensate, an augmented capacity for PSII repair. Consequently, the cost of maintaining PSII function for the diatoms increased at increased pCO2. In E. huxleyi, PSII photoinactivation and the counter-acting repair, while both intrinsically larger than in T. pseudonana, did not change between the current and high-pCO2 treatments. The content of the photosynthetic electron transport intermediary cytochrome b6/f complex increased significantly in the diatoms under elevated pCO2, suggesting changes in electron transport function.

Einen weiteren Monat später, im Juni 2012, dann eine Studie von Helen Smith und Kollegen im Fachblatt PNAS. Hier ein Auszug:

Predominance of heavily calcified coccolithophores at low CaCO3 saturation during winter in the Bay of Biscay
[…] We present the results of a large observational study of coccolithophore morphology in the Bay of Biscay. Samples were collected once a month for over a year, along a 1,000-km-long transect. Our data clearly show that there is a pronounced seasonality in the morphotypes of Emiliania huxleyi, the most abundant coccolithophore species. Whereas pH and CaCO3 saturation are lowest in winter, the E. huxleyi population shifts from <10% (summer) to >90% (winter) of the heavily calcified form. However, it is unlikely that the shifts in carbonate chemistry alone caused the morphotype shift. Our finding that the most heavily calcified morphotype dominates when conditions are most acidic is contrary to the earlier predictions and raises further questions about the fate of coccolithophores in a high-CO2 world.

Wie können diese Burschen bloß unter den versauerten Bedingen so gut gedeihen? Eine Arbeit von Bolton & Stoll aus dem August 2013 in Nature gibt eine erst Antwort. Das Blog The Hockeyschtick berichtete über das Paper:

New paper finds algae have to manufacture their own CO2 due to a paucity in the atmosphere
A paper published today in Nature finds that marine algae, which evolved and thrived with atmospheric CO2 levels 15 times higher than the present, required a novel adaptation to adjust to the relatively low CO2 levels during the Cenozoic era, when CO2 levels were still more than twice current levels. According to the paper, this novel adaptation was to manufacture their own CO2 at the reaction site for photosynthesis, required due to a paucity of CO2 in the atmosphere. Algae evolved more than 500 million years ago, when CO2 levels were ~15-17 times higher than the present; current CO2 levels are near the lowest levels of the past 500 million years.

Des Rätsels Lösung: Die Kalkalgen generieren einfach ihr eigenes chemisches Regime im Inneren, was sie gegen äußere Einflüsse schützt. Das ist im Prinzip wie wir Menschen uns im Winter in unseren geheizten Häusern verschanzen und so die Kälte im Freien austricksen. Hier die Kurzfassung der Arbeit:

Late Miocene threshold response of marine algae to carbon dioxide limitation
Coccolithophores are marine algae that use carbon for calcification and photosynthesis. The long-term adaptation of these and other marine algae to decreasing carbon dioxide levels during the Cenozoic era1 has resulted in modern algae capable of actively enhancing carbon dioxide at the site of photosynthesis. This enhancement occurs through the transport of dissolved bicarbonate (HCO3) and with the help of enzymes whose expression can be modulated by variable aqueous carbon dioxide concentration, [CO2], in laboratory cultures. Coccolithophores preserve the geological history of this adaptation because the stable carbon and oxygen isotopic compositions of their calcite plates (coccoliths), which are preserved in the fossil record, are sensitive to active carbon uptake and transport by the cell. Here we use a model of cellular carbon fluxes and show that at low [CO2] the increased demand for HCO3 at the site of photosynthesis results in a diminished allocation of HCO3 to calcification, which is most pronounced in larger cells. This results in a large divergence between the carbon isotopic compositions of small versus large coccoliths only at low [CO2]. Our evaluation of the oxygen and carbon isotope record of size-separated fossil coccoliths reveals that this isotopic divergence first arose during the late Miocene to the earliest Pliocene epoch (about 7–5 million years ago). We interpret this to be a threshold response of the cells’ carbon acquisition strategies to decreasing [CO2]. The documented coccolithophore response is synchronous with a global shift in terrestrial vegetation distribution between 8 and 5 Myr ago, which has been interpreted by some studies as a floral response to decreasing partial pressures of carbon dioxide ( pCO2) in the atmosphere. We infer a global decrease in carbon dioxide levels for this time interval that has not yet been identified in the sparse pCO2 proxy record but is synchronous with global cooling and progressive glaciations.

 

KIESELALGEN

Weiter geht es mit den Diatomeen, den Kieselalgen. Ihnen scheint die Ozeanversauerung nichts auszumachen, wie die folgenden Studien anzeigen. Da wäre zunächst eine Arbeit eines Teams um Katharine Crawfurd, die im Oktober 2011 in PLoS ONE erschien:

The Response of Thalassiosira pseudonana to Long-Term Exposure to Increased CO2 and Decreased pH
The effect of ocean acidification conditions has been investigated in cultures of the diatom Thalassiosira pseudonana CCMP1335. […] On the basis of this long-term culture, pH change of this magnitude in the future ocean may have little effect on T. pseudonana in the absence of genetic adaption.

Zu ähnlichen Resultaten gelangte eine Forschergruppe um Lasse Tor Nielsen, wie im März 2012 im Fachblatt Aquatic Microbial Ecology nachzulesen war:

Effects of experimental seawater acidification on an estuarine plankton community
ABSTRACT: The atmospheric CO2 concentration is rising, and models predict that by the end of the century it will have increased to twice the amount seen at any given time during the last 15 million yr. This will cause a decrease in average surface water pH of 0.4, and planktonic protists will be among the organisms to be affected first by this change. We tested whether reduced pH (and increased free CO2) would affect plankton communities over an incubation period of 14 d. In a laboratory microcosm setup using a natural plankton community from the Derwent River estuary, Australia, 2 treatments with reduced pH (8.0 and 7.7) were compared to an unaltered control of pH 8.3. An extreme pH 6.3 was included for comparison. Measured parameters included community photosynthesis, nutrient uptake and biomass build-up as well as enumeration of 25 protist taxa and quantitative HPLC of phytoplankton pigments. A major succession was seen during the 14 d, but no effects at all were found in pH treatments 8.0 and 7.7, whereas the extreme pH 6.3 clearly affected the community for all measured parameters. Thus, it is unlikely that the investigated plankton community would be significantly affected by a pH and CO2 change as predicted for the 21st century. This has previously been found for other coastal plankton assemblages as well, and we suggest that high pH resilience is a necessity for protist species living in coastal waters with relatively large pH fluctuations. 

 

FLÜGELFÜßER

Und auch den Flügelfüßern (Pteropden, Thecosomata) macht die Erniedrigung des pH-Wertes wenig aus, wie Comeau et al. 2012 berichteten:

Effects of ocean acidification on overwintering juvenile Arctic pteropods Limacina helicina
[…] Pteropods are planktonic mollusks that play an important role in the food web of various ecosystems, particularly at high latitudes. Because they produce an aragonitic shell, pteropods are expected to be very sensitive to ocean acidification driven by anthropogenic CO2 emissions. The effect of ocean acidification was investigated using juveniles of the Arctic pteropod Limacina helicina from the Canada Basin of the Arctic Ocean. The animals were maintained in 3 controlled pH conditions (total scale pH [pHT] ≈ 8.05, 7.90 or 7.75) for 8 d, and their mortality and the linear extension of their shell were monitored. The pH did not impact the mortality rate, but the linear extension of the shell decreased as a function of declining pH. Surprisingly, the pteropods were still able to extend their shell at an aragonite saturation state as low as 0.6.

 

BENTHISCHE KÜSTENORGANISMEN

Schreiten wir nun zu den Meeresbodenbewohnern der Küstenmeere. Eine Forschergruppe um Helen Findlay dokumentierte im August 2011 im Fachblatt Marine Biology Research, dass diese Organismen ihre Verkalkungsfähigkeit auch unter Versauerungsbedingungen gut aufrecht erhalten können:

Comparing the impact of high CO2 on calcium carbonate structures in different marine organisms
Coastal seas are critical components of the global carbon cycle, yet little research has been conducted on the impact of ocean acidification on coastal benthic organisms. Calcifying marine organisms are predicted to be most vulnerable to a decline in oceanic pH (ocean acidification) based on the assumption that calcification will decrease as a result of changes in seawater carbonate chemistry, particularly reduced carbonate ion concentration (and associated saturation states). Net calcium carbonate production is dependent on an organism’s ability to increase calcification sufficiently to counteract an increase in dissolution. Here, a critical appraisal of calcification in five benthic species showed, contrary to popular predictions, the deposition of calcium carbonate can be maintained or even increased in acidified seawater. This study measured changes in the concentration of calcium ions seen in shells taken from living animals exposed to acidified seawater. These data were compared with data from isolated shells that were not associated with living material to determine a species’ ability to maintain the physiological process of calcification under high carbon dioxide (CO2) conditions and characterize the importance of dissolution and abiotic influences associated with decreasing pH. Comparison with palaeoecological studies of past high CO2 events presents a similar picture. This conclusion implies that calcification may not be the physiological process that suffers most from ocean acidification; particularly as all species investigated displayed physiological trade-offs including increased metabolism, reduced health, and changes in behavioural responses in association with this calcification upregulation, which poses as great a threat to survival as an inability to calcify.

Nitrifikation bezeichnet man die bakterielle Oxidation von Ammoniak (NH3) zu Nitrat (NO3). Im ersten Teil wird Ammoniak zu Nitrit oxidiert, das im zweiten Teilprozess zu Nitrat oxidiert wird. Beide Teilprozesse liefern für die beteiligten Organismen ausreichend Energie für Wachstum und andere Lebensvorgänge. Einige Forscher warnten nun davor, die Ozeanversauerung würde die Nitrifikation in den Ökosystemen in Zukunft behindern. Fulweiler et al. 2011 machten sich sogleich an die Überprüfung. Was war dran an der Katastrophenhypothese? Die Ergebnisse fielen klar und deutlich aus: Entwarnung! Der Nitrifikation ist der pH-Wert ziemlich egal.

Assessing the Role of pH in Determining Water Column Nitrification Rates in a Coastal System
Ocean acidification is predicted to impact the nitrogen cycle in a variety of ways. Specifically, manipulations of water column pH have shown that nitrification, the microbial conversion of ammonium to nitrate, is inhibited at low pH. A decrease in nitrification may impact phytoplankton composition and production, denitrification, and the production of nitrous oxide. We compiled an existing unique data set of concurrent water column nitrification rates and water column pH values from a temperate New England estuary (Narragansett Bay, RI, USA). Contrary to the current hypothesis, we found that nitrification rates were highest at low pH and significantly (P  = 0.0031) lower at high water column pH. In this study, pH varied up to 0.85 units, 20% more than the maximum predicted ocean pH decrease of 0.7 units. These results highlight that nitrifying organisms in coastal systems tolerate a wide range of pH values. Moreover, the degree of negative correlation with pH may depend on site-specific environmental conditions. Combined, these findings indicate that the current hypothesis of the negative impacts of ocean acidification on nitrification, at least for the coastal ocean, might need reevaluation.

Auch den Foraminiferen des australischen Great Barrier Reefs hatte man schon einen frühen Tod vorhergesagt – wegen der Ozeanversauerung. In der Tat mussten die Foraminiferen in dem UNESCO-geschützten Habitat in den letzten 150 Jahren leiden. Uthicke et al. 2012 überprüfte die Ozeanversauerungsthese. Aber Pustekuchen. In ihrer Untersuchung kamen sie zum Schluss, dass es die gesteigerte Einleitung landwirtschaftlich verunreinigter Abwässer war, die den Foraminiferen Probleme bereitete. Nachzulesen im Fachmagazin Ecology:

Elevated land runoff after European settlement perturbs persistent foraminiferal assemblages on the Great Barrier Reef
Coral reefs are under pressure from a variety of human-induced disturbances, but demonstration of ecosystem changes and identification of stressors are often difficult. We tested whether global change or increased agricultural runoff after European settlement of Northeast Australia (ca. 1860) has affected inshore reefs of the Great Barrier Reef. Eleven sediment cores were retrieved from inner reefs, intermediate reefs, and outer-island reefs, and benthic foraminiferal assemblages were analyzed in dated (14C, 210Pb, 137Cs) core sections (N = 82 samples). Data were grouped into six age bands (< 55, 55-150, 150-500, 500-1000, 1000-1500, and > 1500 yr). Principal component analysis and two-factor (Zone and Age) permutational analysis of variance (PERMANOVA) suggested that assemblages from the three zones were significantly different from each other over several millennia, with symbiont-bearing (mixotrophic) species dominating the outer reefs. A significant interaction term indicated that within-zone patterns varied. Assemblages in outer reefs unaffected from increased land runoff were persistent until present times. In both other zones, assemblages were also persistent until 150 yr ago, suggesting that benthic foraminiferal assemblages are naturally highly persistent over long (> 2000 yr) timescales. Assemblages in core sections < 55 yr old from inner reefs were significantly (post hoc t test) different from those older than 150 yr. Similarly, assemblages < 55 yr old from intermediate reefs were significantly different compared to older assemblages. A multivariate regression tree (environmental variables: Zone and Age) explained 56.8% of the variance in foraminiferal assemblages and confirmed patterns identified by PERMANOVA. With some exceptions, changes on the inner and intermediate reefs were consistent with a model predicting that increased nutrients and higher turbidity enhance relative abundance of heterotrophic species. Given that assemblages did not change in outer-island reefs (not impacted by runoff) we argue that changes in assemblages due to global change can be rejected as an explanation. Thus, the findings are more consistent with the hypothesis that agricultural runoff since European settlement altered foraminiferal assemblages than with the hypothesis that global forcing caused changes.

 

KRUSTENTIERE UND SEESTERNE

Wie kommen die Seesterne und Küstenkrabben mit der Ozeanversauerung zurecht? Appelhans et al. 2012 haben es überprüft. Das Resultat lässt aufhorchen: Mäßige Versauerungssteigerungen zeigten keinen Effekt!

Sour times: seawater acidification effects on growth, feeding behaviour and acid–base status of Asterias rubens and Carcinus maenas
The impact of seawater acidification on calcifying organisms varies at the species level. If the impact differs between predator and prey in strength and/or sign, trophic interactions may be altered. In the present study, we investigated the impact of 3 different seawater pCO2 levels (650, 1250 and 3500 µatm) on the acid–base status or the growth of 2 predatory species, the common sea star Asterias rubens and the shore crab Carcinus maenas, and tested whether the quantity or size of prey consumed is affected. We exposed both the predators and their prey, the blue mussel Mytilus edulis, over a time span of 10 wk and subsequently performed feeding experiments. Intermediate acidification levels had no significant effect on growth or consumption in either predator species. […]

Das gleiche Spiel bei den Ruderfußkrebsen. Selbst aggressive CO2-Konzentrationen von 3300 ppm scheinen ihnen nichts auszumachen wie Pedersen et al. (2013) dokumentierten:

Medium-term exposure of the North Atlantic copepod Calanus finmarchicus (Gunnerus, 1770) to CO2-acidified seawater: effects on survival and development
The impact of medium-term exposure to CO2-acidified seawater on survival, growth and development was investigated in the North Atlantic copepod Calanus finmarchicus. Using a custom developed experimental system, fertilized eggs and subsequent development stages were exposed to normal seawater (390 ppm CO2) or one of three different levels of CO2-induced acidification (3300, 7300, 9700 ppm CO2). Following the 28-day exposure period, survival was found to be unaffected by exposure to 3300 ppm CO2, but significantly reduced at 7300 and 9700 ppm CO2. Also, the proportion of copepodite stages IV to VI observed in the different treatments was significantly affected in a manner that may indicate a CO2-induced retardation of the rate of ontogenetic development. Morphometric analysis revealed a significant increase in size (prosome length) and lipid storage volume in stage IV copepodites exposed to 3300 ppm CO2 and reduced size in stage III copepodites exposed to 7300 ppm CO2. Together, the findings indicate that apCO2 level ≤2000 ppm (the highest CO2 level expected by the year 2300) will probably not directly affect survival in C. finmarchicus. Longer term experiments at more moderate CO2 levels are, however, necessary before the possibility that growth and development may be affected below 2000 ppm CO2 can be ruled out.

 

AUSTERN

Schlimme Weihnachtsbotschaft am 25. Dezember 2014 im ORF:

Ernte drastisch eingebrochen
2008 haben die Probleme begonnen: Sowohl in Europa als auch in Nordamerika starb ein großer Prozentsatz der Austernlarven. Seitdem kämpft die Branche: Einmal sind es Viren, einmal Bakterien, die große Teile der Ernte zunichtemachen. Für Experten ist es aber vor allem der Klimawandel, der die Zucht der Delikatesse zusehends schwieriger macht.

Das wollen wir genauer wissen. Wie soll der Klimawandel das angestellt haben?

Denn tatsächlich gibt es Hinweise, dass Kohlendioxid gleich aus mehreren Gründen der Hauptverursacher der Austernmisere ist. Algen in den Weltmeeren nehmen CO2 auf. Doch mit zunehmendem Ausstoß und höherer Konzentration landet auch mehr in den Ozeanen – sie nehmen nämlich ein Viertel bis ein Drittel des ausgestoßenen CO2 auf. Im Wasser reagiert das Kohlendioxid zu Kohlensäure. Das lässt den pH-Wert des Wassers sinken, die Meere werden saurer. Das wiederum erschwert es den Austernlarven, Kalziumkarbonat für ihre Muschel zu produzieren – und sie sind anfälliger für Krankheiten. Auch die Erwärmung der Weltmeere trägt ihren Teil dazu bei, dadurch verschiebt sich nämlich die Blüte von Plankton, der Hauptnahrung der Austern. […] Viren und Bakterien können die Austernbänke erst dann gefährden, wenn die Wassertemperatur über 16 Grad Celsius steigt – die Erwärmung der Weltmeere ist also auch hier ein Auslöser für das Austernsterben.

Was sagt die seriöse Wissenschaft zu diesen kühnen Behauptungen? Hierzu lesen wir zunächst im Fachblatt Global Change Biology, wo im Januar 2012 ein Team um Laura Parker den Effekt der Ozeanversauerung auf Austernlarven untersuchte. Fazit: Höhere CO2-Konzentrationen im Wasser führten zu größerem und schnellerem Wachstum. Auszug aus der Kurzfassung:

Adult exposure influences offspring response to ocean acidification in oysters
Herein, we exposed adults of wild and selectively bred Sydney rock oysters, Saccostrea glomerata to elevated Pco2 during reproductive conditioning and measured the development, growth and survival response of their larvae. We found that elevated Pco2 had a negative impact on larvae of S. glomerata causing a reduction in growth, rate of development and survival. Exposing adults to elevated Pco2 during reproductive conditioning, however, had positive carry-over effects on larvae. Larvae spawned from adults exposed to elevated Pco2 were larger and developed faster, but displayed similar survival compared with larvae spawned from adults exposed to ambient Pco2. Furthermore, selectively bred larvae of S. glomerata were more resilient to elevated Pco2 than wild larvae. Measurement of the standard metabolic rate (SMR) of adult S. glomerata showed that at ambient Pco2, SMR is increased in selectively bred compared with wild oysters and is further increased during exposure to elevated Pco2. This study suggests that sensitive marine organisms may have the capacity to acclimate or adapt to elevated Pco2 over the next century and a change in energy turnover indicated by SMR may be a key process involved.

Zu ähnlichen Resultaten gelangten Ginger et al. 2013. Und auch zur Temperaturverträglichkeit der Austern gab es Studien. Bemerkenswert ist hier die Arbeit von Carbotte et al. 2004, die feststellte, dass sich die Austern vor allem in den Warmphasen ausbreiteten, während sie in den Kaltphasen eingingen. Hier ein Auszug aus der Kurzfassung dieser Arbeit:

Environmental change and oyster colonization within the Hudson River estuary linked to Holocene climate
[…] Oysters flourished during the mid-Holocene warm period, disappeared with the onset of cooler climate at 4,000–5,000 cal. years b.p., and returned during warmer conditions of the late Holocene. The most recent demise of oysters within the Hudson at 500–900 cal. years b.p. may have accompanied the Little Ice Age.

 

SEEIGEL

Kurzer Blick hinüber zu den Seeigeln in der südpolaren Region. Catarino et al. 2012 berichteten hierzu im März 2012 im Fachblatt Polar Biology, dass die Seeigel dort ein gutes Maß an Resistenz gegenüber der Ozeanversauerung besitzen. Auszug aus der Kurzfassung:

Sea urchin Arbacia dufresnei (Blainville 1825) larvae response to ocean acidification
[…] The larval development of Arbacia dufresnei from a sub-Antarctic population was studied at high (8.0), medium (7.7) and low (7.4) pH waters. The results show that the offspring from sub-Antarctic populations of A. dufresnei are susceptible to a development delay at low pH, with no significant increase in abnormal forms. Larvae were isometric between pH treatments. Even at calcium carbonate (CaCO3) saturation states (of both calcite and aragonite, used as proxies of the magnesium calcite) <1, skeleton deposition occurred. Polar and sub-polar sea urchin larvae can show a certain degree of resilience to acidification, also emphasizing A. dufresnei potential to poleward migrate and further colonize southern regions.

Auch eine Forschergruppe um Gary Caldwell schaute sich die Reaktion der Seeigel auf verminderte pH-Werte an. Sie veröffentlichten die Ergebnisse im Mai 2011 im Fachblatt Invertebrate Reproduction & Development. Das tolle Resultat: Die Spermien der Seeigel schwammen bei reduziertem pH im Vergleich zu heutigen Bedingungen schneller. Die Wissenschaftler vermuten, dass die Seeigel noch immer die versauerten Bedingungen zur Zeit ihrer evolutionären Entstehung im Urozean als Idealzustand in den Genen gespeichert haben. Hier die Kurzfassung der Arbeit:

Ocean acidification takes sperm back in time
Ocean acidification as a result of an enriched carbon dioxide atmosphere threatens ecosystem health and marine biodiversity. The reproductive and early life-stages of animals have been suggested as among the most vulnerable to ocean acidification perturbations. To explore this theory further we applied computer assisted sperm analysis (CASA) to investigate the combined effect of pH (8.06–7.67) and temperature (14–20°C) on sea urchin sperm motility. Previous studies have either observed no or inhibitory impacts of ocean acidification on sperm swimming. Surprisingly, we observed a substantial improvement in swimming speed at reduced seawater pH compared with performance at current pH levels. This suggests that current levels may be suboptimal for maximal sperm swimming speeds. Temperature was found to affect swimming speed but not percent motility. Our observations suggest that swimming speed may be improved as seawater pH approaches conditions resembling the paleo-ocean. However, this does not necessarily equate to an improvement in reproductive fitness due to a trade-off between sperm-swimming speed and longevity. This indicates that ocean acidification may benefit certain aspects of the reproductive biology of some marine animals.

 

WEITERE LESEEMPFEHLUNGEN

Damit haben wir das Ende unseres Streifzuges durch die faszinierende Welt der Ozeanversauerung erreicht. Wer an weiteren Informationen interessiert ist, dem sei der Ünersichtsartikel “‘Versauerung‘ der Meere: Reale Bedrohung, oder nicht mehr als Panikmache?“ von Michael Krüger auf Science Skeptical vom 22. Oktober 2014 empfohlen. Eine weitere Zusammenfassung gibt es auf scienceandpublicpolicy.org:

Acid Test: The Global Challenge of Ocean Acidification

Aus der Zusammenfassung:

In conclusion, based on the many real-world observations and laboratory experiments described above, it is clear that recent theoretical claims of impending marine species extinctions, due to increases in the atmosphere’s CO2 concentration, have no basis in empirical reality. In fact, these unsupportable contentions are typically refuted by demonstrable facts. As such, the NRDC’s portrayal of CO2-induced ocean acidification as a megadisaster-in-the-making is seen, at best, to be a one-sided distortion of the truth or, at worst, a blatant attempt to deceive the public.

Surely, the NRDC and the scientists portrayed in their film should have been aware of at least one of the numerous peer-reviewed scientific journal articles that do not support a catastrophic – or even a problematic – view of the effect of ocean acidification on calcifying marine organisms; and they should have shared that information with the public. If by some slim chance they were not aware, shame on them for not investing the time, energy, and resources needed to fully investigate an issue that has profound significance for the biosphere. And if they did know the results of the studies we have discussed, no one should ever believe a single word they may utter or write in the future. 

Finally, if there is a lesson to be learned from the materials presented in this document, it is that far too many predictions of CO2-induced catastrophes are looked upon as sure-to-occur, when real-world observations show such doomsday scenarios to be highly unlikely or even virtual impossibilities. The phenomenon of CO2-induced ocean acidification is no different. Rising atmospheric CO2 concentrations are not the bane of the biosphere; they are an invaluable boon to the planet’s many life forms.

Und schließlich sei noch die Ocean Acidification Database von co2science.org empfohen. Die Einführung hierzu gibt es hier.