An Bord der Walter Herwig III: Im Laichgebiet der Aale

Im Fokus dieser regelmäßig stattfindenden Forschungsfahrt stehen die Verbreitung und Häufigkeit des Auftretens (Abundanz) der Weidenblatt- bzw. Leptocephalus-Larven des Europäischen Aals in seinem Laichgebiet – der Sargassosee im westlichen Nordatlantik.
Bislang gelten vor allem die Rekrutierungszeitreihen von ankommenden Glasaalen und jungen Gelbaalen an den Küsten Europas und Nordafrikas nach ihrer transatlantischen Wanderung als zentraler Indikator für die Bestandsentwicklung der Art. Ergänzende Informationen zur Anzahl und räumlichen Verteilung der jüngsten Larven direkt in ihrem Ursprungsgebiet können jedoch zusätzliche Einblicke liefern. 

Sie ermöglichen es, ozeanische Veränderungen besser einzuordnen und potenzielle Auswirkungen auf den Rekrutierungstrend frühzeitig zu erkennen. Die gefangenen Aallarven werden daher hinsichtlich einer Vielzahl biologischer und ökologischer Parameter untersucht. Ziel ist es, neue Erkenntnisse zu ihrer Ökologie, Ernährung und Entwicklung zu gewinnen.

Nun, zwei Wochen nach Beginn der Reise haben wir bereits rund zwei Dutzend Stationen für Fischlarven und Zooplankton beprobt. Dabei ist uns die für die Region namensgebende Treibalgengattung Sargassum nahezu auf jeder Station ins Netz gegangen. Aallarven und andere Organismen verheddern sich besonders gern in den Sargassum-Pflanzen und müssen anschließend mühsam herausgelöst werden. Neben diesen „Sargassum-Beifängen“ aus dem IKMT-Netz ist auch die Crew der Walther Herwig III sehr engagiert und sammelt an den Stationen zusätzlich Algen mit dem Handnetz.

Sämtliche Proben werden von Dr. Florian Lüskow sorgfältig begutachtet, beschriftet, fotografiert und eingefroren. Zurück in Bremerhaven sollen sie hinsichtlich der Zusammensetzung ihrer wirbellosen Organismen untersucht werden. Vergleichbare Studien wurden bereits im Frühjahr 2015 in der südlichen Sargassosee durchgeführt – umso spannender wird es sein zu sehen, ob und wie sich die Lebensgemeinschaft seitdem verändert hat. Solche Veränderungen könnten Hinweise auf Auswirkungen des Klimawandels in der Sargassosee liefern.

Zwischen den Stationen ist Florian meist an Deck anzutreffen, wo er systematische Beobachtungen der Meeresoberfläche durchführt, angelehnt an ein Protokoll aus dem Jahr 2015. Besonders im Fokus steht dabei die Abschätzung der Sargassum-Mengen an der Oberfläche, da diese Treibalgen als Lebensraum, Kinderstube für viele Fischarten und als Nahrungsquelle dienen.

In der Praxis ist das jedoch leichter gesagt als getan: Kleinräumige Beobachtungen lassen sich nicht ohne Weiteres auf große Meeresgebiete übertragen. Umgekehrt erfassen Satellitenbilder mit Auflösungen von etwa 10 × 10 bis 300 x 300 Metern die kleinräumigen Algenansammlungen oft nicht zuverlässig.

Daher verfolgt Lüskow einen mehrgleisigen Ansatz und kombiniert Satellitendaten mit visuellen Eindrücken sowie Videobeobachtungen. Ziel ist es, besser einschätzen zu können, welche Methode die tatsächliche Menge der Algen – ob einzelne Fragmente oder größere Teppiche – eher über- oder unterschätzt.

Neben Leptocephalus-Larven und einigen anderen ausgewählten Organismen, die tägliche Vertikalwanderungen von den Oberflächenschichten in tiefere Bereiche der Sargassosee vollziehen, untersuchen unsere tschechischen Kollegen der Charles University in Prag während dieser Reise vor allem mesopelagische Fische. Dabei handelt es sich um spezialisierte Arten, die in einem Tiefenbereich zwischen Oberfläche und Tiefsee leben. Vít Kaufmann und Camilla Kidmose stellen hier ihre Arbeiten vor:

Die mesopelagische „Dämmerzone“ (200–1000 m Tiefe) stellt eine völlig andere visuelle Umwelt dar als das Leben an Land. In diesen Tiefen verbleiben nur etwa 0,1 % des Sonnenlichts von der Oberfläche, und ein Großteil des verfügbaren Lichts stammt von biolumineszenten Organismen, sowohl von Wirbellosen als auch von Wirbeltieren. Da blau-grünes Licht (Wellenlängen um 480–570 nm) sich im Meerwasser am weitesten ausbreitet, wird erwartet, dass die meisten Tiere in dieser Zone visuelle Organe besitzen, die an diesen Spektralbereich angepasst sind. Unsere Arbeit konzentriert sich darauf zu verstehen, wie sich das Sehen von Fischen an diese extremen Lichtverhältnisse angepasst hat.

Bei Wirbeltieren basiert das Sehen auf Photorezeptorzellen – Stäbchen und Zapfen –, die lichtempfindliche Proteine, sogenannte Opsine, produzieren. Unterschiedliche Opsine sind auf verschiedene Wellenlängen abgestimmt und bestimmen, wie Tiere Licht wahrnehmen und möglicherweise Farben unterscheiden können.

Wir untersuchen, welche Anpassungen in der Retina es Tiefseefischen ermöglichen, unter schwachen Lichtbedingungen funktionsfähig zu bleiben. Der Silber-Stachelflosser (Diretmus argenteus) dient dabei als Modellart, da er über eine außergewöhnlich große Vielfalt von Stäbchen-Opsinen verfügt. Mit unserer Arbeit testen wir zwei mögliche Erklärungen: Entweder ermöglicht die große Vielfalt an Opsinen eine Art Farbsehen bei sehr schwachem Licht, oder sie verbessert vor allem die Lichtempfindlichkeit, sodass selbst kleinste Lichtmengen genutzt werden können. Um das zu untersuchen, analysieren wir, welche Opsine in einzelnen Photorezeptorzellen aktiv sind und ob sie eher in Stäbchen oder Zapfen vorkommen.

Eine zentrale Arbeit während der Sargassosee-Forschungsreisen ist das gemeinsame Sortieren der Planktonproben, die wir mit dem pelagischen Larvennetz auf jeder Station genommen haben. Mit besonderer Vorsicht müssen besonders die kleinen Weidenblattlarven, die mitunter nur wenige Millimeter groß sind, entdeckt und vorsichtig vom Rest des Fanges separiert werden.

Technikerin Tina Blancke, die an Bord unter anderem für die morphologische und molekularbiologische Identifikation der Larven zuständig ist, beschreibt diesen Vorgang:

Die Suche nach den Weidenblattlarven beginnt stets mit einer Kelle voll dünner Planktonsuppe, die in den Glasschalen der Fahrtteilnehmenden mit jeder Welle rhythmisch hin und her schwappt. Im Licht der Sortierlampe fallen die flachen, halbtransparenten Larven schon mit bloßem Auge auf, so dass sie vorsichtig mittels Federstahlpinzette gegriffen und in die Sammelschale überführt werden können.  Zusammengenommen haben wir hier seit 2011 bereits mehr als 60 unterschiedliche Arten unter den Weidenblattlarven gefunden und so nehme ich auf jeder neuen Station gespannt die Identifikationsarbeit auf.

Auf dieser für mich nun sechsten Reise in die Sargassosee kenne ich meine üblichen Larven-Pappenheimer natürlich schon sehr gut und freue mich über jedes Exemplar, das ich mithilfe meines erlernten Nischenwissens schnell und sicher unter dem Stereomikroskop bestimmen kann. Larven, die sich dabei als Anguillidae entpuppen, werden später noch an Bord mittels genetischer Schnelltests sicher dem Europäischen bzw. Amerikanischen Aal zugeordnet.

Trotzdem sind für mich besonders die Larven interessant, deren Artzugehörigkeit mir über den ersten, oftmals auch zweiten, konzentrierten Blick hinaus verborgen bleibt. Bei seltenen oder gar erstmals gefangenen Exemplaren auf unseren Reisen, bleibt nur die Sichtung spezieller Erkennungsmarker, wie zum Beispiel Darmlänge, Augenform, Pigmentierung und das Zählen von Muskelsegmenten (Myomeren).

Um dann zumindest eine grobe Zuordnung zu einer Gattung oder wenigstens Familie machen zu können, folgt emsiges Blättern in einschlägiger Literatur, immer in der Hoffnung auf der nächsten Buchseite doch noch eine Zeichnung oder Beschreibung der Larve zu finden, die sich in dem Seewassertropfen auf der Petrischale vor mir befindet.

Umso aufregender, wenn sich ein solcher Treffer weit hinten im Buch, im Kapitel der bisher noch „unidentifizierten Larven“ zeigt. Und umso ungeduldiger werde ich bei dem Gedanken daran, dass es nun noch einige Wochen dauern wird, bis ich mit dem Probenmaterial zurück im Institutslabor genetische Sequenzanalysen durchführen kann, um diesen Larven ihr gut gehütetes Artgeheimnis vielleicht doch noch entlocken zu können.

Die Sargassosee ist vermutlich das einzige Meeresgebiet ohne feste geografische Grenzen. Anders als viele andere spezifische Ozeanteile wird sie nicht durch Landmassen begrenzt, sondern durch große Meeresströmungen: den Golfstrom im Westen, den Nordatlantikstrom im Norden, den Kanarenstrom im Osten und den Nordäquatorialstrom im Süden. Diese Strömungen bilden ein großräumiges Zirkulationssystem, das die Sargassosee gewissermaßen einschließt. Gleichzeitig wird hier auch deutlich, warum Forschung in diesem Gebiet besonders anspruchsvoll ist. Meeresströmungen sind dynamische Systeme, die sich kontinuierlich verändern. Dadurch verschieben sich auch die Grenzen der Sargassosee. Zusätzlich entstehen zwischen den Hauptströmungen durch Wind, Wetter und andere physikalische Prozesse immer wieder kleinere Strukturen wie Wirbel und Fronten, die lokal großen Einfluss auf die Bewegung und Durchmischung der Wassermassen haben.

Mit diesen Wassermassen driftet das Plankton – eine enorme Vielfalt an Organismen, die von mikroskopisch kleinen Algen bis hin zu Krebstieren, Fischlarven, Kopffüßlern und großen gelatinösen Tieren reicht. Die meisten dieser Organismen sind nicht in der Lage, sich aktiv gegen die vorherrschenden Strömungen zu bewegen. Stattdessen folgen sie den großräumigen Bewegungen des Ozeans. Viele dieser Organismen zeigen aber dennoch ein für die Verteilung durchaus wichtiges Bewegungsmuster: Sie wandern im Tagesverlauf vertikal durch die Wassersäule. Tagsüber, wenn das Sonnenlicht tief in das klare Wasser der Sargassosee eindringt, halten sie sich in größeren Tiefen auf. Nachts steigen sie in die oberen Wasserschichten auf. Dieses Verhalten wird als „tägliche Vertikalwanderung“ bezeichnet und ist eines der verbreitetsten Phänomene im Ozean.

Die Gründe für diese Wanderung sind vielfältig. Einerseits dient das Abtauchen am Tag dem Schutz vor visuellen Räubern. Andererseits steigen viele Organismen nachts in Bereiche auf, in denen ausreichend Nahrung vorhanden ist. Die Grundlage dafür bildet die Primärproduktion – also das Wachstum von Algen –, die die Basis der marinen Nahrungsnetze darstellt. In diesen Schichten sammeln sich zunächst die kleinsten Organismen, denen wiederum größere folgen. Auch unsere Fänge spiegeln dieses Muster deutlich wider. In den Nachtfängen der oberen 300 Meter Wassersäule finden sich in der Regel deutlich mehr Individuen und eine höhere Artenvielfalt als am Tag. Was sich schließlich in unseren Netzfängen zeigt, ist ein vielschichtiges Ökosystem, das sich dynamisch mit den Strömungen durch den Ozean bewegt. Die Fülle und Formenvielfalt der Organismen die wir hier zu sehen bekommen ist dabei jedes Mal aufs Neue beeindruckend.

Nach einer kurzen Verzögerung durch notwendige Wartungsarbeiten am Schiff konnten wir nun in See stechen und Kurs auf unser Untersuchungsgebiet nehmen. Rund 17 Stunden später erreichten wir die erste Station – und damit begann die eigentliche Arbeit an Bord.

Nach einem kurzen Briefing wurden das Thünen-Team und unsere internationalen Gäste in zwei Schichten eingeteilt, sodass nun rund um die Uhr gearbeitet wird. Dieses eingespielte System hat sich über einige Jahre entwickelt und bewährt: Seit 2011 ist dies für das Thünen-Institut bereits die sechste Reise in die Sargassosee (und die fünfte mit der Walther Herwig III). Entsprechend routiniert greifen mittlerweile die Abläufe ineinander, und das Team ist gut in den zugeteilten Aufgaben eingespielt. Von Beginn dieser Reise an lief daher bisher alles reibungslos.

Im Zentrum der diesjährigen Expedition steht wieder die Kernverbreitung der Weidenblattlarven (Leptocephali) des Europäischen Aals. Basierend auf den Erkenntnissen früherer Expeditionen konzentrieren wir uns auf ein Gebiet zwischen 30°N und 24°45′N sowie von 67°W bis 52°W. Dieses Gebiet umfasst rund 860.000 km² – etwa zweieinhalbmal die Fläche Deutschlands – und wird im Verlauf der Reise an insgesamt 48 gleichmäßig verteilten Stationen beprobt.

Da es sich um eine wiederkehrende Reise mit Zeitseriencharakter handelt, sollen die Abläufe der Reisen möglichst gleich sein: An jeder Station werden zunächst mithilfe einer CTD-Sonde grundlegende hydrographische Parameter wie Temperatur, Salzgehalt, Sauerstoff und Chlorophyll erfasst (CTD steht für Conductivity, Temperature, Depth). Letzteres dient als Indikator für die Primärproduktion im Wasser, also Algenwachstum, welches in den Meeren die Grundlage der tierischen Nahrungsnetze bildet. Im Anschluss folgen standardisierte Planktonfänge mit dem IKMT-Netz, um Aallarven und andere Organismen der pelagischen Lebensgemeinschaft zu erfassen (IKMT steht für Isaacs-Kidd Midwater Trawl).

Sobald das Netz wieder an Bord ist, beginnt die Detailarbeit: Die Proben werden sorgfältig sortiert und Leptocephali sowie bestimmte Fischlarven von den Krebstieren, Quallen, Salpen und andere Organismen getrennt. Schon in den ersten Stunden zeigt sich, wie vielfältig das Leben in diesem scheinbar leeren Ozeanraum ist.

Ergänzend zum Standardprogramm werden in diesem Jahr auch neue Ansätze erprobt. Dazu gehört der Einsatz eines gröbermaschigen Netzes zum Fang kleiner mesopelagischer Fische sowie der Test eines neu entwickelten Mehrfach-Schließnetzes. Letzteres soll es ermöglichen, gezielt zu untersuchen, in welchen Tiefen sich die Aallarven zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten aufhalten – eine zentrale Frage für das Verständnis ihrer frühen Lebensphase im offenen Ozean. Die Voraussetzungen sind also geschaffen – die nächsten Wochen werden zeigen, welche neuen Einblicke wir in das Leben der Aale in ihrem bislang noch immer schwer zugänglichen Laichgebiet gewinnen können.

Im Rahmen dieser Forschungsfahrt begrüßen wir mehrere internationale Gastwissenschaftler an Bord der Walther Herwig III. Sie bringen eigene Forschungsansätze und Fragestellungen mit, die sich eng mit dem zentralen Ziel der Expedition – der Untersuchung von Verbreitung und Abundanz europäischer Aallarven in der Sargassosee – verzahnen. Durch diese ergänzenden Perspektiven entsteht ein kollaborativer Forschungsrahmen, der zusätzliche Einblicke in ökologische Zusammenhänge ermöglicht und den wissenschaftlichen Mehrwert der Forschungsreise erweitert.

Am 17. März verlässt die Walther Herwig III mit insgesamt 36 Personen an Bord – 24 Seeleuten und 12 Wissenschaftlern – den Hafen von St. George’s und nimmt Kurs auf den Atlantik. Nach den obligatorischen Sicherheitseinweisungen sollen die ersten Arbeiten im geplanten Stationsbetrieb nach etwa 16 Stunden Fahrt in der westlichen Sargassosee beginnen.

Ein paar Worte vom Fahrtleiter Prof. Dr. Reinhold Hanel:

„Es ist meine siebte Reise in dieses Seegebiet und trotzdem sind die Erwartungen fast dieselben wie im Jahr 2007, als ich als Mitglied der dänischen Galathea-Expedition meine Forschung zu den frühen Lebensstadien der Atlantischen Aale begann. Nun nehmen meine Crew und ich die Erfahrungen der vergangenen Seereisen mit und hoffen dadurch auf weitere wichtige Erkenntnisse zu Verbreitung und Häufigkeit des Auftretens von Larven des Europäischen und Amerikanischen Aals.

Wie in den vergangenen Reisen haben wir unser Kern-Team aus Mitarbeiterinnen und Mitarbeitern des Thünen-Instituts für Fischereiökologie um internationale Gäste ergänzt, die uns bei der Probenahme unterstützen und zusätzliche Aspekte an den genommenen Proben erforschen werden. Doktorandinnen, Doktoranden und PostDocs aus Schweden, den Niederlanden, Frankreich und Tschechien werden genetische und genomische Untersuchungen an Aal-Larven durchführen und sich auch mit den Beifängen an Tiefseefischen und driftenden Braunalgen beschäftigen.

Nach einem etwas verzögerten Auslaufen von Bermuda sind wir jetzt alle froh, unsere erste Probenahmestation auf 67°W, 30°N erreicht zu haben und unsere ersten Fänge auszuwerten. Mal sehen, was uns erwartet...“