Das Geheimnis der Vielfalt der Korallenriffe? Viel Zeit.

Schnallen Sie sich eine Tauchmaske und Flossen an und schlüpfen Sie unter das kristallklare Wasser in der Nähe eines Korallenriffs in Indonesien, Papua-Neuguinea oder den Philippinen, und Sie werden sofort sehen, warum Taucher und Schnorchler aus der ganzen Welt in die Gegend strömen. Die als Korallendreieck bekannte Region ist bekannt für ihre unvergleichliche Vielfalt an Rifffischen und anderen Meereslebewesen.

Fische aller Formen und Farben huschen in und aus Spalten, die durch die schillernden Formen von Korallen, bunten Schwämmen und anderen riffbildenden Organismen entstehen. Mit etwas Glück kann ein Taucher einen Blick auf einen Hai erhaschen, der das Riff patrouilliert, oder eine Schildkröte, die durch die Landschaft der Farben schwebt.

Während Unterwasser-Enthusiasten die Biodiversität im Zentral-Indischen Pazifik seit langem kennen und schätzen, kämpfen Wissenschaftler seit mehr als einem halben Jahrhundert darum, zu erklären, was die Region zum weltweit größten Hot Spot für marine Biodiversität macht und sie von anderen Meeresregionen auf der ganzen Welt unterscheidet.

Es wurden mehrere Hypothesen aufgestellt, um die außergewöhnliche Vielfalt der zentralindischen Pazifikregion zu erklären. Einige Forscher schlugen vor, dass Arten dort im Vergleich zu anderen Teilen der Weltmeere schneller auftauchen, während andere sie auf die zentrale Lage der Region zwischen mehreren artenreichen Meeresgebieten im weiteren Indo-Westpazifik zurückführten. Wieder andere wiesen auf die niedrigen Aussterberaten der Region hin.

Jetzt hat eine Studie unter der Leitung der Doktorandin Elizabeth Miller der University of Arizona ergeben, dass die indo-pazifischen Korallenriffe ihren unvergleichlichen Reichtum an Fischarten nicht wegen einer unbekannten, schwer fassbaren Qualität angesammelt haben, sondern einfach weil sie die Zeit hatten.

„Die Menschen dachten früher, dass sich neue Arten in tropischen Meeresgebieten schneller entwickeln, so dass man die hohe Vielfalt, die wir heute sehen, sehr schnell erhält“, sagte Miller. „Stattdessen haben wir festgestellt, dass sich die Vielfalt im zentralindischen Pazifik langsam über eine lange Zeit entwickelt hat.“

Die Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Proceedings of the Royal Society, ist die erste, die einen direkten Zusammenhang zwischen Zeit und Artenreichtum zeigt, so Miller.

Bislang, so Miller, wurde allgemein angenommen, dass tropische Korallenriffe, ähnlich wie tropische Regenwälder, Hotspots der Biodiversität sind, da sie die Tendenz haben, sich in mehr Arten zu diversifizieren als andere Regionen. Ihre Forschungen zeigten, dass dies nicht der Fall war.

Das Team entdeckte, dass die Speziationsraten in kalten Meeresgebieten wie der Arktis und Antarktis tatsächlich höher sind. Während die Veränderungen der Biodiversität in der zentralindischen Pazifikregion mit einer langsamen, aber langbrennenden Flamme verglichen werden können, sind sie in kälteren Meeresregionen eher wie Feuerwerk.

„Dort entwickeln sich die Arten relativ schnell, aber jede Eiszeit räumt viel von dem aus, was vorher da war“, sagte Miller. „Sobald die Gletscher zurückgehen, hinterlassen sie leere Nischen, die darauf warten, von neuen Arten bevölkert zu werden.“

Häufige Umweltveränderungen führen dazu, dass die gesamte Biodiversität in kälteren Meeresregionen geringer ist.

Im Korallendreieck hingegen haben sich neue Arten weniger schnell entwickelt, aber da die Bedingungen über lange Zeiträume der geologischen Zeit viel stabiler waren, blieben sie eher nach ihrem Auftreten in der Nähe und akkumulieren sich langsam zu der biologischen Vielfalt, die wir heute sehen.

„Dies deutet darauf hin, dass eine Region langfristige Stabilität benötigen könnte, um eine hohe Artenvielfalt zu erreichen“, sagte Miller. „Laut unserer Studie scheint die magische Zahl 30 Millionen Jahre zu sein.“

Im Zentral-Indischen Pazifik schuf die Plattentektonik eine breite Plattform aus flachem Ozean, während ihre zentrale Lage sie zum Ziel der Kolonisierung machte. Es war der richtige Ort zur richtigen Zeit für die Fische, die die Region besiedelten.

„Die Dinge haben sich in den letzten 30 bis 35 Millionen Jahren dort nicht viel verändert“, sagte Miller. „Im Gegensatz dazu erlebten andere Meeresregionen, wie die Karibik, Perioden der Instabilität und Isolation und damit weniger Kolonisationen und ein schnelleres Aussterben der Linien, die es vorher gab – all diese Faktoren summieren sich zu weniger Evolutionszeit.“

Für die Studie verwendeten Miller und ihr Team Verteilungsdaten von fast allen stacheligen Strahlenfinnenfischen – insgesamt 17.453 Arten, die etwa 72 Prozent aller Meeresfische und etwa 33 Prozent aller Süßwasserfische ausmachen. Sie verwendeten mehrere verschiedene statistische Methoden, um die Ursachen der zugrunde liegenden Artenreichtumsmuster in den globalen Meeresregionen zu rekonstruieren.

Um die Entwicklung der marinen Fischvielfalt im Laufe der Zeit zu entwirren, benutzte das Team dann einen veröffentlichten evolutionären Baum dieser Fischgruppe und führte biogeografische Rekonstruktionen durch.

„Biogeographische Rekonstruktionen helfen uns zu verstehen, wo die Vorfahren an verschiedenen Orten in der Vergangenheit lebten, basierend darauf, wo die Arten heute leben und wie sie zusammenhängen“, sagte Miller. „Es ist einfach, wenn man nur zwei Arten vergleicht, die am selben Ort leben, aber wenn man Tausende von Arten hat und immer weiter und weiter zurück geht, kommen mehr Vorfahren ins Spiel und die Dinge werden schwieriger.“

Evolutionsbiologen verlassen sich bei der Verwaltung und Interpretation der extrem großen Datensätze auf ausgeklügelte Computeralgorithmen. Die von Miller und ihrem Team verwendete Methode schuf viele hypothetische Szenarien, wo sich die Arten entwickelten. Anhand dieser Szenarien testeten die Forscher dann, wie verschiedene Modelle die heutige Biodiversität erklären.

„Es ist wie das Zeichnen von Familiengeschichten, jede etwas anders“, sagte Miller. „Sie beginnen mit Analysen und wiederholen sie hunderte Male, jedes Mal basierend auf einer möglichen Geschichte, um zu versuchen, Unsicherheit zu erfassen und zu sehen, wie sie sich entwickeln. In unserer Studie stellte sich heraus, dass die Unsicherheit gering ist, was beruhigend ist. Es bedeutet, dass es ein wirklich robustes Ergebnis ist.“

Die allgemeine Vorstellung, dass sich Muster der Vielfalt dadurch erklären lassen, wie lange eine Gruppe schon präsent ist und nicht wie schnell sie sich vermehrt, ist nach Ansicht der Forscher für viele verschiedene Systeme relevant. So haben Biologen beispielsweise beobachtet, dass der Zeitpunkt der Kolonisation die hohe Vielfalt bestimmter Tiergruppen in terrestrischen Ökosystemen erklärt, wie z.B. Baumfrösche im Amazonas-Regenwald, Salamander in den Appalachen und Eidechsen in der Wüste im Südwesten.

„Die allgemeine Überlegung ist, dass diese Muster hoher Vielfalt zig Millionen Jahre dauern können, bis sie entstehen, aber in einigen Jahren durch menschliche Einflüsse ausgelöscht werden können“, sagte John Wiens, Senior-Autor der Arbeit und Professor am UA Department of Ecology and Evolutionary Biology. „Leider kann die hohe Vielfalt der Rifffische im Korallendreieck aufgrund der Auswirkungen des vom Menschen verursachten Klimawandels auf die Korallenriffe bald verschwinden. Die Vielfalt, die in den nächsten Jahren verloren geht, kann Zehnmillionen von Jahren in Anspruch nehmen.“

Co-Autoren auf dem Papier, „Erklären des reichsten Hot Spots der Biodiversität im Ozean und globale Muster der Fischvielfalt“, waren Kenji Hayashi von der Brown University in Providence, Rhode Island, und der University of California, Los Angeles, sowie Dongyuan Song von der Fudan University in Shanghai, China.

Mehr Informationen:
Elizabeth Christina Miller et al. erklären den reichsten Biodiversitäts-Hotspot des Ozeans und globale Muster der Fischvielfalt, Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences (2018). DOI: 10.1098/rspb.2018.1314

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