Studie untersucht Auswirkungen des Klimawandels auf Seegraswiesen.

21. Juni 2023

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von Holly Alyssa MacCormick, Stanford University

Unter den Wellen der Küstengewässer verbirgt sich ein wichtiger Bestandteil der marinen Nahrungskette - Seegraswiesen. Diese marinen Wiesen sind in vielerlei Hinsicht die ungesungenen Helden des Ozeans, denn sie produzieren Sauerstoff, entfernen Kohlendioxid aus der Luft und bieten Nahrung und Lebensraum für das marine Leben. Aber diese versunkenen Savannen könnten laut einer neuen Stanford-Studie, die die Verbreitung von Seegrasarten weltweit zu zwei verschiedenen Zeitpunkten in der Zukunft modelliert hat, vom Verschwinden bedroht sein.

Es wird erwartet, dass der Klimawandel marine Arten stark beeinträchtigen wird, unter anderem deshalb, weil die Ozeane etwa 80 Prozent der überschüssigen Wärme aus den Treibhausgasemissionen aufnehmen. Doch es ist nicht vollständig bekannt, wie sich Seegraswiesen in der Zukunft entwickeln werden oder ob das derzeitige Netzwerk von Meeresschutzgebieten Seegraswiesen retten kann.

"Die einfache Frage, die wir in diesem Papier stellen, ist: Wie werden Seegraswiesen - die eine grundlegende Gruppe in der marinen Nahrungskette darstellen - auf den Klimawandel reagieren?", sagte Barnabas Daru, Assistenzprofessor für Biologie an der Stanford School of Humanities and Sciences.

Seegraswiesen sind eine alte Gruppe von Pflanzen, die vor etwa 140 Millionen Jahren im Ozean entstanden, auf Land wanderten und dann vor etwa 140 Millionen Jahren ins Meer zurückkehrten. Sie bieten Weidegründe für herbivore Tiere wie gefährdete grüne Meeresschildkröten, Seekühe und Papageienfische; sie schützen Garnelen, marine Weichtiere und Fische; und sind Brutstätten für etwa 20 Prozent der weltweiten großen kommerziellen Fischereien.

Viele marine Organismen sind direkt von Seegraswiesen abhängig, aber noch mehr profitieren indirekt von Seegraswiesen.

"Zum Beispiel fressen Haie marine Tiere, die wiederum direkt oder indirekt von Pflanzen fressen können", sagte Daru, der der Hauptautor der Studie ist, die zusammen mit Brianna M. Rock, einer Forscherin am Clearwater Marine Aquarium Research Institute in Florida, veröffentlicht wurde und am 19. Juni im Journal Nature Plants erschienen ist.

"Wenn irgendetwas diese grundlegenden Arten am Anfang der Nahrungskette beeinträchtigt, wird es sich auf andere Organismen auswirken, die von ihnen hoch oben in der Nahrungskette abhängig sind, einschließlich der Menschen", sagte Daru.

Seegraswiesen breiten sich auf etwa 116.000 Quadratmeilen Küste aus, die 191 Länder an allen Kontinenten außer der Antarktis grenzen. Die Modellierung, wie der Klimawandel Seegraswiesen auf der ganzen Welt beeinflussen könnte, ist keine leichte Aufgabe.

Daru und Rock begannen damit, den Standort und die Häufigkeit jeder Seegrasart zu kartieren und dabei etwa 100 Jahre Seegrasproben aus Küstensystemen zu verwenden. Sie kombinierten diese Daten mit Aufzeichnungen, die sie im Feld und aus öffentlichen Datenbanken von Seegrasvorkommen gewonnen hatten, wie zum Beispiel dem Global Biodiversity Information Facility und Seagrass-Watch. Sie überwanden die ungleichmäßige Stichprobennahme, indem sie Daten aus gut beprobten Gebieten wie Nordamerika und Europa verwendeten, um vorhergesagte Seegraslebensräume für unterprobierte Gebiete wie Südostasien und den indo-pazifischen Raum zu modellieren.

Als nächstes erstellten sie globale "Momentaufnahmen", die das heutige Klima des Ozeans und das Klima in den Zeitperioden von 2040-2050 und 2090-2100 darstellen, wobei sie geophysikalische und Umweltdaten von der Website Bio-ORACLE verwendeten.

Für die gegenwärtige Zeit und zwei zukünftige Zeitperioden modellierte Daru vier verschiedene Szenarien: ein Klima mit niedrigen Treibhausgaskonzentrationen, zwei stabilisierte Szenarien, bei denen sich die Treibhausgaswerte eingependelt hatten, und ein Szenario mit hohen Treibhausgaskonzentrationen. Diese modellierten Szenarien enthielten Daten zur Meerestemperatur, Salinität und zur Geschwindigkeit der Meeresströmung - alles Variablen, die bekanntermaßen das Wachstum, die Verbreitung und die Photosynthese von Seegräsern signifikant beeinflussen.

Schließlich wandte Daru einen Computermodell der beobachteten Artenvorkommen auf jedes Klimaszenario an, um vorherzusagen, wie sich Seegrasspopulationen und -verteilungen zwischen der Gegenwart und zwei zukünftigen Zeitpunkten verändern könnten.

Die Studie ergab, dass Seegraswiesen weite Verluste bei Artenvielfalt und -zusammensetzung hinnehmen müssen. Ein signifikanter Anteil von Seegraswiesen wird in Hotspots außerhalb des derzeitigen Netzwerks von Meeresschutzgebieten leiden. Die Forscher fanden heraus, dass Seegras in Abundanz und Zusammensetzung unter allen getesteten Szenarien zurückging, sogar unter dem "best-case" Szenario. Was bedeutet das?

'It probably means that 'the best' is still not enough,' Daru said. 'We have to be more intentional in how conservation efforts are prioritized and this sort of analysis points to the places where these efforts should be done.'

Importantly, the findings of this study also indicate that the current network of marine protected areas is not sufficient.

'One of the signatures of this modern era of profound human impact on the environment is not even the loss of species, but the reorganization of biotic communities. The homogenization of communities is likely to lead to a more profound impact on biodiversity than even the loss of species,' Daru said.

When ecosystems become homogenized they lose their distinctiveness and uniqueness, and the decrease in diversity makes them more susceptible to disease and extreme weather events. Such a change could impact both the ecosystem services provided by these communities and the marine life that depends on them. It also may force marine animals that specialize on certain seagrasses to relocate or adapt to less favored seagrass species if their preferred seagrass is lost, which can reduce their fitness and survival.

Despite these sobering findings, the future of seagrasses is far from hopeless.

'We highlighted hotspots of change in species diversity and phylogenetic diversity that represent priority regions to target for conservation efforts,' Daru said. 'Our goal, our hope is that by pointing policymakers and conservationists to focus on these hotspots, marine protection will be increased in these areas and the future of seagrasses will—to some extent—be safeguarded.'

Journal information: Nature Plants

Provided by Stanford University