Thorsten Reusch GEOMAR Fische und Korallen 2+2h WS 17/18 ... · Dauer-Geschwindigkeit 10-20 km / hr Im Sprint bis 90 (120) km/h ... 2.2 von 65 Mio t Aquakultur-Produktion Meeresfische

Thorsten Reusch

GEOMAR

Fische und Korallen

2+2h WS 17/18

(Marine) Biologie für Geologen

Was bedeutet Nekton ?

Bewohner (wenigstens zeitweise) des freien Wassers

Fortbewegung unabhängig von Verdriftung durch Strömungen (vgl. Plankton!)

Schwimmgeschwindigkeit > Strömungsgeschwindigkeit

Was gehört zum marinen Nekton?

Kopffüsser - Cephalopoden

“Fische”

Marine Reptilien

Marine Säugetiere

Torpedo-Form = konvergente Evolution

Mollusken Cephalopoda - Kopffüsser

Heutige Tintenfische: drei Hauptgruppen

Octobrachia: Kraken Benthische Lebensweise, Schulp reduziert 8 Arme Beispiel Octopus vulgaris

Nautilidae: Nautilus Bis 47 Fangarmpaare „lebendes Fossil“, Schwestergruppe der Ammoniten

Decabrachia: Sepien und Kalmare Pelagische Lebensweise 10 Arme (2 Beutefangarme) Schulp

Stamm Mollusca - Cephalopoden = Kopffüsser Blütezeit der meisten Gruppen vor Mio Jahren

500

Mio

Jah

re

heut

e

Gigantische Formen in der Tiefsee

Tiefseeaufnahme eines Riesenkalmares vor Japan geschätzte Länge 20 m

Angespülter Riesenkalmar vor Tasmanien 300 kg

Fotos: T. Kubodera & K. Mori

Riesenkalmar

Cephalopoden sind effektive Beutegreifer

Augustyn and Smale 1989

Pottwal mit Narben

Farbwechsel der Kopffüsser

Cloney & Florey 1968

Tarnung

(Sepia officinalis)

Innerartliche Signale beim Paarungsverhalten

(Sepia officinalis)

Reptilien Testudinata - Seeschildkröten

Stamm Vertebrata- Klasse Reptilien - Seeschildkröten

7 Arten, aber stark separierte Populationen

Weite Wanderungen zwischen Nistplätzen und Nahrungsgründen

Eiablage an subtropischen /tropischen Stränden Stark bedroht!

Lederschildkröte nach Eiablage

Karettschildkröte (Caretta caretta)

“natal homing” Wanderungen >10 000km, extreme Standorttreue der Eiablage

http://www.kateliosgroup.org

Adulte fressen Quallen, Juvenile Zooplankton

Schutzmaßnahmen beim Krabbenfang

TEDs = ‘turtle exclusion device’ in USA seit 1994 vorgeschrieben

Mammalia Marine Säugetiere

Marine Säugetiere - Ordnung Sirenen

Familie Manatees (Rundschwanzseekühe,

Karibik)

Große herbivore Küstentiere, fressen Seegras und Algen

Familie Dugongs (Gabelschwanzseekühe,

Indischer Ozean /Westpazifik)

Robben und Seehunde

Familie Phocidae = echte Robben, 20 Arten, einschliesslich einheimischer Seehund Phoca vitulina

Familie Otariidae = Ohrenrobben, ~16 Arten

Familie Walrosse = 1 Art = Walross

Phoca vitulina

Odobenus rosmarus

Marine Säugetiere - Cetacea – Wale und Delphine

Zahnwale – Delphine, Orka und Pottwal, 75 Arten

Bartenwale – 15 Arten

Komplexes Verhalten bei Nahrungssuche: Buckelwal

Quelle: www.alaskawhalefoundation.org/education

Jährliche Wanderung von Buckelwalen

http://migration.wordpress.com/2007/06/19/icons-of-migration-humpback-whale/

Viele Walraten leben SEHR lange

Nordkaper (‘Right Whale’) Mit vor 130 Jahren datierter Harpunenspitze im Körper

Historische Harpune aus den 1870er Jahren

Evolution der Meeressäuger – mehrmals zurück ins Meer

Paarhufer

Schwestergruppe

Cetacea Hippopatamus

Tethytheria

Schwestergruppe

Proboscidea

Sirenia Uhen 2007

Säugetiere – mehrmals zurück ins Meer

Ursidae

Otariidae

Mustellidae

Phocidae

diphyletisch

Uhen 2007

Fragen?

Fische

‚Fische‘ sind keine ‚echte‘ taxonomische Gruppe

Schädel hoch entwickeltes Gehirn paarige Sinnesorgane am Kopf Schädel, paarige Sinnesorgane

Wirbelsäule

Lungen und Abwandlungen

Kiefer

Cladogramm mit charakteristischen Merkmalen = entscheidende Innovationen im Laufe der Evolution

‚Fische‘

Fische = paraphyletische Gruppe quer zu mehreren charakteristischen Merkmalen (Autapomorphien)

Schleimaale Myxini

besitzen nur eine Chorda dorsalis, sekundäre Reduktion?

35 Arten

ausschliesslich marin, Benthosfresser, bis 1500m Tiefe

Schädel hoch entwickeltes Gehirn paarige Sinnesorgane am Kopf Schädel, paarige Sinensorgane

Wirbelsäule


Kiefer

Neunaugen, Klasse Petromyzonta (Agnatha)

40 Arten

Karnivor, bohren in anderen Fischen


Wirbelsäule


Kiefer

Kieferträger - Gnathostoma


Wirbelltiere


Kiefer

Haie, Rochen und Chimären – Knorpelfische (Chondrichthyes)

750 Arten

Hai

Rochen

Chimäre


Wirbelltiere


Kiefer

Rochen und Haie – alt aber nicht veraltet

Dornhai Squalus acanthias

alias ‚Schillerlocke‘ (Bauchlappen)

Die größte Haiarten (Wal- und Riesenhai) filtrieren Zooplankton

(konvergente Evolution mit Bartenwalen)

Die meisten Haiarten sind Top-Prädatoren

Riffhai mit Fischbeute

Großer weißer Hai mit Seelöwen

aber nicht alle…

Sinnesorgane der Haie

<- Seitenlinienorgan für Druck- und Strömungsfelder

Lorenzini-Ampullen zur Wahrnehmung elektrischer Aktionspotentiale

Knorpelfische?

Sekundärer Verlust der Knochen bei pelagischer Lebensweise

Anreicherung von Fett und Lipiden in Körpersubstanz

Permanentes Schwimmen mit großen Brustflossen als Tragfläche

Bitte keine Schillerlocken essen!

Bitte keine Schillerlocken essen: Dornhai...

wird bis zu 75 Jahre alt Geschlechtsreife mit 30 Jahren Ovovivipar (Eier mit Embryonen entwickeln sich im Weibchen) Jungtiere ~25 cm beim Schlupf weniger als 5 Junge pro Jahr

=> starke Gefährdung durch Fischerei!

Dornhai Squalus acanthias

Fleischflosser inkl. Tetrapoda: Sarcopterygii

~ 50 000 Arten

auch Homo sapiens!

charakteristisches Merkmal: Lunge (oder deren Abwandlung wie Schwimmblase)


Wirbelltiere


Kiefer

Schwimmblase entsteht aus Urlunge

Funktionswechsel zu Schweborgan

Lungenfisch

Hypothetischer Urzustand

Echte monophyletische Gruppe

die echten Knochenfische (Teleostei) –

95% der Actinopterygii (Strahlenflosser) Arten


Wirbelltiere


Kiefer

Knochenfische im engeren Sinne (Teleostei)

Artenreichste Ordnung der Wirbeltiere

24 000 – 25 000 beschriebene Arten

Viele Knochenfische haben sehr hohe Eizahlen

und externe Befruchtung

Großer weiblicher Dorsch ~ 5 Mio Eier

Damit Populationen in etwa konstant groß, sind folgt daraus eine extrem hohe Mortalität von etwa 99,99995 am Beispiel des Dorsches (2 von 5 Mio Eiern überleben) 1 mm

Drastische ontogenetische Änderungen

Von Planktivorie zum Top-Prädator

fotos: http://www.canadafirst.net

1 mm

Sind Fisch-Taxonomen zu blöd zum Zählen?

Viele unbekannte (kleine) tropische Arten

Die Tiefsee – der größte Lebensraum der Erde

Rezente adaptive Radiationen mit kompliziertem taxonomischen Status

Funktionsmorphologie und Physiologie der Knochenfische

Wasser ist 800 mal dichter als Luft

-> Fische müssen stromlinienförmig sein

-> Sinnesorgane müssen Druckunterschiede und Wasserbewegung detektieren

-> Körpereigengewicht braucht nicht getragen zu werden, da Fische (mit Schwimmblase) schweben können

Wasser hat hohe spezifische Wärme und Wärmeleitfähigkeit

-> die meisten Fischarten sind wechselwarm (Ausnahme: Thunfischartige)

Form und Funktion der Schwanzflosse

Schnelle Dauerschwimmer (Makrele, Thun)

‘Sprinter’(Zackenbarsch, Hecht)

Ozeanische Marathonschwimmer: Thun, Schwertfisch

Dauer-Geschwindigkeit 10-20 km / hr

Im Sprint bis 90 (120) km/h

Schwertfisch Xiphias gladius

Roter Thun Thunnus thynnus

Wanderungen des Roten Thun Thunnus thynnus

Block et al Nature 2005

1999 2000

2001 2003 2002

Methode: Satellitenaufzeichnung von Sendern

Verfolgung der Verbreitung über Satellitensender

Block et al Nature 2005

U Stanford Satellite pop-up tag

Statt ablaichen gefangen in einem Labyrinth von Netzen

Almadraba-Labyrinthnetze

Anadrome und katadrome Wanderungen

katadrome Fische: Aale laichen in Sargassomeer, Juvenile Wandern ins Süßwasser, adulte hauptsächlich im Süßwasser

anadrome Fische: Salmoniden (Lachsartige) laichen im Süßwasser, Juvenilstadien wandern ins Meer ab, Adulte hauptsächlich marin

Atlantischer Lachs Salmo salar

Europäischer Aal Anguilla anguilla

Warum bilden Fische Schwärme?

Funktion des Schwarmverhaltens

Schutz gegen Prädatoren, diese müssen immer ein Beutetier vereinzeln!

Verbesserung der Orientierung durch Mittelwertseffekt

Effizienz der Beutesuche wird erhöht

Fish School (Lutjanus sp.) Sordwana Bay, South Afric

Fragen?

Smith et al 2006 blue:depth3000-6000m=54%ofEarth‘ssurface

Der größte Lebensraum der Erde: die Tiefsee

Vertikale Zonierung des Oezans

Biolumineszenz als Anpassung

Beute anlocken oder lokalisieren: Tiefsee-Anglerfisch (Melanocetus johnsonii )

Tarnung gegen die hellere Wasseroberfläche: mesopelagischer Fisch Argyroplelecus)

Edi

th W

idde

r/HB

OI

Schnepfenaal – steht senkrecht im Wasser!

Irigoien et al Nature 2014

Laternenfische – Myctophiden – die häufigsten Fische

Anpassung an Nahrungslimitation

Beute ist selten und kann groß sein, möglichst geringe Größenselektivität

Edi

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r/HB

OI

Chiasmodus niger

Dee

psea

.net

Zwergmännchen-AnpassungansehrgeringePopulaFonsdichten

• somefishspecieswithparasiFcdwarfmales

Photocorynus spiniceps 5 cm

Pietsch 2005

Schematisiertes marines Nahrungsnetz

• 1) benthische Fische des nordatlantischen Kontinentalschelfes

Trop

hisc

he S

tufe

Benthische Fische des Kontinentalschelfes

Dorschartige - Gadidae

Schellfisch Dorsch ‚Alaska-Seelachs‘

=Köhler

• Drei Rückenflossen, eine Kinnbartel

• Bodentierfresser, adulte auch piscivor

• Große wirtschaftliche Bedeutung

Benthische Fische des Kontinentalschelfes

Heilbutt Scholle

• Larven sind perfekt bilateralsymmetrisch

• ein Auge wandert sekundär im Laufe der Ontogenie auf rechte oder linke Seite

Zooplanktivore Fische

Sardine Anchovis (auch großes Phytoplankton!)

Hering Sprotte

Zooplankton

Mariner Ruderfußkrebs Foto: Hege Vestheim

Anchovis vor Auftriebsgebiet Peru

Zeitweilig 1/5 des Weltfischereiertrages!

Anc

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-Fan

g (M

io t)

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io t)

Fallstudie – das Nekton der zentralen Ostsee

-Randmeer mit Brackwasser: -keine marinen Reptilien, keine Cephalopoden, keine Knorpelfische, wenige marine Säugetiere (Schweinswal, Seehund, Kegelrobbe, Ringelrobbe)

Horizontaler Gradient der Salinität

Ursache: Süßwassereinstrom skandinavische Flüsse >Verdunstung

Salinität (psu)

Die „Brackwasserlücke“ der Artenzahl

Süßwasserfische: Hecht, Flußbarsch

Meeresfische: Hering, Dorsch

40 psu 10 psu

Kiel süd-westliche Ostsee

Biodiversität in der Ostsee

Drei Fischarten sind ökologisch /kommerziell wichtig

Dorsch

Sprotte

Hering

Die Ostsee – geomorphologische Grunddaten

Schichtung des Wasserkörpers

Süßeres Wasser ‚schwimmt‘ auf salzigerem Tiefenwasser

Nach Conley et al. 2009

Sauerstoff-Mangelzonen

Laichgebiete Dorsch

Warum laicht der Dorsch ausgerechnet dort?

Schwebfähigkeitsmessungen von Fischeiern, Christoph Petereit, EV, GEOMAR

Dorsch benötigt tiefere Zonen zum Laichen

www.cefas.co.uk

…weil Dorscheier nur über 11 psu Salinität schweben

2 Tage alte Dorschlarve

Stratifizierung und Sauerstoff im Bornholmbecken

10 m

90 m

Wat

er d

epth

Reproduktionsvolumen: Kombinatination von Sauerstoff- und Salinitätsbedingungen, welche Überleben der Dorschbrut ermöglicht

Weniger Sauerstoff in letzten 20 Jahren

10 m

90 m

Wat

er d

epth

Reproduktionsvolumen verringert sich drastisch

Alternativer Zustand im Baltischen Nekton

sprat

F Köster et al

Alternativer Zustand im Baltischen Nekton

sprat

F Köster et al

Gefährdung des marinen Nektons

Status der weltweiten Fischbestände

Aussterben durch Übernutzung: Parallelen zu Lande

Nach der letzten Vereisung verschwanden in Nordamerika, Europa und Australien: • Alle herbivoren Arten > 1000 kg • 75% der Pflanzenfresser 100-1000 kg • 41% der Pflanzenfresser 5-100 kg • < 2% der Pflanzenfresser < 5kg

• Zeitpunkt des Aussterbens zeitgleich mit Ausbreitung von Jäger/Sammlervölkern

• Harmonie indigener Völker mit der Natur ist ein westlicher Mythos

Mastodon (Mammut americanum)

Riesenfaultier (Megalonyx jeffersoni)

Übernutzung bewegt sich vom Land ins Meer

Denn große Landtiere sind bereits (beinahe) ausgerottet

Fallstudie: Thune und Schwertfische

Atlantic Bluefin tuna

Billfish: swordfish and marlins

Fischerei über Langleinen

Populationsabschätzung über Fang pro Aufwandseinheit, hier Fänge pro 100 Haken an Langleine

Source: Myers and Worm 2003. Nature 423: 280-283

Tuna For Sale in Hamburg

-can get size and price information Source: N. Hammer

A Day at Altona Fish Auction Hall, Germany, 1910

MacKenzie & Myers 2007 Fish. Res.

Photo: Brandenburg 2003; Sutton Verlag

-data not in ICES or ICCAT statistics

Übernutzung von Gadiden und anderen Grundfischen

foto: http://www.canadafirst.net

Hier große Dorsche um 1900 Neufundland

‚Fishing down marine food webs‘

D Pauly 1998

Problem: alternative Zustände mit Rückkopplung

Fischerei

Freßfeinde dominieren Beute dominiert

B Worm

FAO2012

Aquakultur Wachstum, Fischerei Stagnation

Jahr

FAO2012

2.2 von 65 Mio t Aquakultur-Produktion Meeresfische

year

misc

10

30

50

70Miot

75% Fische 15% Kopffüsser 10% andere Invertebraten

Grundlagen der Meeresökologie: Nahrungsketten im Meer viel länger als an Land

Duarte et al 2009

Meeresfische fressen andere Fische als Futter

“Gammelfischerei”

EinLösungsansatz:omnivoreFischeerlaubenweitgehendesErsetzenFerischerdurchpflanzlicheEiweiße(zBSoja)

Pangasius

carp

Tilapia

...aberdieseArtensindüberwiegendSüßwasserbewohner!

www.seafish.org/b2b/subject.asp?p=325

Aquakultur rettet übernutzte Fischbestände

…when sich Wildbestände erholen kollabiert die Aquakultur

Source:www.imr.no

0"

2000"

4000"

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2005" 2010" 2015"

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Nooffingerlings*1000

Dorsch-AquakulturinNorwegen

BestandundErtragBarentsee-Dorsch

Source:AudreyGeffen

Lösungsansatz 1: Nutzung von niedrigeren trophischen Ebenen (“Marikultur”)

‘farming down the food chain’

Duarte et al 2009

Farming Down the Food Chain – Extraktive Aquakultur

Gleichzeitig Lösung für ein anderes Problem - Eutrophierung!

Rope culture blue mussels

Brown algae Laminaria saccharina

FroeseandProelß2010

Und wie können die Fischbestände gerettet werden?

+5miotaddiFonalyield(=2xcurrentfinfishaquacultureworldwide

Fragen?

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Thorsten Reusch GEOMAR Fische und Korallen 2+2h WS 17/18 ... · Dauer-Geschwindigkeit 10-20 km / hr Im Sprint bis 90 (120) km/h ... 2.2 von 65 Mio t Aquakultur-Produktion Meeresfische