Wale – die Gärtner der Ozeane
Wale gelten als die Ökosystem-Ingenieure in den Ozeanen. Sie ermöglichen das Wachstum von Phytoplankton, was wiederum ihre Nahrungsquelle, den Krill, wachsen lässt. Spurenmetalle wie Eisen spielen dabei eine zentrale Rolle.
Anfang des 20. Jahrhunderts wimmelte es im Südlichen Ozean nur so von Walen. Und von Krill, ihrer Hauptnahrung, der ebenfalls massenhaft im Südpolarmeer vorkam. In weniger als 70 Jahren wurden durch den kommerziellen Walfang rund 2 Millionen große Bartenwale – Blauwale, Finnwale, Seiwale, Buckelwale, Minkewale – getötet.
Für den Krill, könnte man meinen, klingt das nach einer guten Nachricht, hätte er sich doch ungestört vermehren können nach der Beinahe-Ausrottung seiner Fressfeinde. Aber diese Annahme erwies sich als falsch, denn das Gegenteil war der Fall. Auch die Krillpopulation brach ein.
Erst die «Eisen-Hypothese» des US-amerikanischen Ozeanographen John Martin (✝), konnte dieses scheinbare Paradoxon erklären. In Regionen, wo zwar viele Nährstoffe zur Verfügung stehen, aber dennoch kaum Phytoplankton – winzige einzellige Algen – wächst, fehlt schlicht Eisen. Der Südliche Ozean ist solch eine sogenannte «High Nutrient, Low Chlorophyll» – Region. Dort können noch so große Mengen der anderen Nährstoffe wie Nitrat, Phosphate und Kieselsäure vorhanden sein, ohne Eisen gibt es kaum Wachstum.
Und wenn Phytoplankton nicht wachsen kann, findet auch der Krill keine Nahrung. Wo aber kam all das Eisen her, dass vor Beginn des Walfangs diese riesigen Mengen an Krill ermöglicht hat? Im Meerwasser jedenfalls ist die Eisenkonzentration sehr gering, zu gering für Hunderte Millionen Tonnen Krill.
Wie Wale ihre eigene Nahrung kultivieren
Und hier kommen die großen Meeressäuger ins Spiel. Im Jahr 2010 stellte der Ozeanograph Victor Smetacek, inzwischen emeritierter Professor vom deutschen Alfred-Wegener-Institut, eine Hypothese auf, die als «Wal-Kot-Hypothese» bekannt wurde: Bei der Verdauung konzentrieren Wale das im Krill enthaltene Eisen und scheiden es in großen Mengen aus.
Noch im selben Jahr bestätigte Stephen Nicol die Hypothese und belegte sie mit Zahlen – der Eisengehalt im Kot der Wale ist etwa 10 Millionen Mal höher als im antarktischen Meerwasser.
Die Wale scheiden ihren Kot jedoch nicht irgendwo aus, sondern strategisch günstig an der lichtdurchfluteten Wasseroberfläche, wo das Phytoplankton die Nährstoffe nutzt, um Photosynthese zu betreiben. Das Eisenkonzentrat im Walkot wirkt wie eine Booster für die winzigen Algen und führt zu einer Planktonblüte, die wiederum das Wachstum und die Vermehrung des Krills fördert.
Wale sorgen also selbst dafür, dass Eisen im Kreislauf bleibt und sie stets ausreichend Nahrung zur Verfügung haben. Tief tauchende Wale wie Pottwale transportieren zusätzlich Nährstoffe, die sie beim Fressen von Tintenfischen in der Tiefe aufnehmen, zurück an die Wasseroberfläche – ein Prozess, der auch als «Wal-Pumpe» bezeichnet wird.
Metalle in bioverfügbarer Form
In einer aktuellen Studie, die im Januar in Nature Communications Earth & Environment veröffentlicht wurde, untersuchte ein Forschungsteam der University of Washington (UW) wie groß der Einfluss der Wale auf das Recycling von Spurenmetallen ist. Dafür sammelte das Team Kotproben von Buckelwalen im Südlichen Ozean und von Blauwalen vor der kalifornischen Küste.
«Unser Schwerpunkt lag auf der Eisenchemie und der eingeschränkten Verfügbarkeit von recycelten Metallen, um die von den Walen erbrachten Ökosystemleistungen besser zu verstehen», schreibt Patrick Monreal, Doktorand an der UW und Erstautor der Studie, in einer Email an Polar Journal AG.
In ihrer Studie konzentrierten sich die Forschenden neben der Analyse von Eisen auch auf Kupfer, die beide limitierende Faktoren im Ozean sind. Sie waren jedoch überrascht, als sie feststellten, wie hoch die Kupferkonzentrationen im Kot waren. Das Metall ist für viele Lebewesen problematisch, weil es zu Vergiftungen führen kann.
«Unsere Analyse deutet darauf hin, dass die Dezimierung der Bartenwalpopulationen durch den historischen Walfang größere biogeochemische Auswirkungen auf das Südpolarmeer gehabt haben könnte – ein Gebiet, das für den globalen Kohlenstoffkreislauf von entscheidender Bedeutung ist», sagte Monreal in einer Pressemitteilung der Universität.
Nach weiteren Analysen konnte das Team jedoch zeigen, dass sowohl die Eisen- als auch die Kupferatome an organische Moleküle, sogenannte Liganden, gebunden sind. Dadurch sind diese wichtigen Mikronährstoffe besser verfügbar für marine Organismen. Gleichzeitig wird Kupfer durch die Bindung an Liganden unschädlich gemacht.
Die Herkunft der Liganden konnten die Forschenden noch nicht klären, sie vermuten aber, dass es Stoffwechselprodukte von Bakterien im Verdauungstrakt der Wale sein könnten.
«Ich glaube, dass Tiere eine größere Rolle in den chemischen Kreisläufen spielen, als viele Experten ihnen zugestehen, vor allem, wenn man auf der Ebene der Ökosysteme denkt», sagte Monreal in der Pressemitteilung. «Wenn ich von Tieren spreche, meine ich eigentlich ihr Darmmikrobiom. Nach dem, was wir sehen, könnten die Bakterien in den Därmen der Wale wichtig sein.»
In der Email an Polar Journal AG fügte er hinzu: «Ich denke, dass dieses recycelte Eisen auf der Ebene des Ökosystems und der Region für die Gesundheit der Nahrungskette im Südpolarmeer ziemlich wichtig war, insbesondere weil Wale in der Nähe von Phytoplanktonblüten fressen (und koten).»
Dieser eingespielte Nährstoffkreislauf, dessen Details noch immer nicht vollständig entschlüsselt sind und der möglicherweise erst durch Mikroorganismen im Darm der Wale so effektiv wird, verdeutlicht einmal mehr, wie ausgeklügelt die einzelnen Prozesse der Natur ineinandergreifen und zu ihrem Erfolg beitragen.
Und für die Wale als «Gärtner» der Ozeane, die für das stetige Nachwachsen ihrer eigenen Nahrung sorgen, bleibt zu hoffen, dass sich ihre Populationen weiterhin von dem erbarmungslosen Töten erholen und sie die Ozeane wieder mit mehr Leben füllen.
Julia Hager, Polar Journal AG
