Die Gewässer des Golfstroms und des Flusses Lena erwiesen sich als Barrieren, die die Populationen des arktischen Planktons trennten

Meerestiere verbreiten sich normalerweise leicht, da sie von Strömungen getragen werden. Eine neue Studie russischer Wissenschaftler am Beispiel des planktonischen Flügelschneckenmollusken Limacina helicina zeigt, dass es auch nicht offensichtliche Barrieren für ihre Verbreitung gibt. Limacina helicina bewohnt alle arktischen Meere, aber genetische Analysen haben gezeigt, dass die Art eigentlich in drei isolierte Populationen aufgeteilt ist, die in der westlichen und östlichen Hälfte der Arktis sowie im Weißen Meer vorkommen. Die Population im Weißen Meer ist durch das warme Wasser des Golfstroms vom Rest abgeschnitten, und die Barriere zwischen der westlichen und östlichen Population verläuft entlang der Grenze zwischen der Laptewsee und der Ostsibirischen See und wird durch das Süßwasser des Flusses Lena gebildet. Zudem haben genetische Analysen die turbulente Geschichte von Limacina helicina während der Eiszeit enthüllt. Diese Weichtiere überlebten die Vereisung im Atlantik und im Pazifik und bevölkerten die Arktis von beiden Seiten, als das Eis schmolz.

Keine einzelne Tier- oder Pflanzenart hat die gesamte Erdoberfläche besiedelt. Jede Art hat ihren eigenen Lebensraum – den Ort, an dem sie vorkommt. Die Biogeographie untersucht die Lebensräume von Tieren und die Faktoren, die sie bestimmen. Einer der wichtigsten Faktoren sind geografische Barrieren, die die Ansiedlung von Tieren verhindern. So ist es beispielsweise für Landtiere schwierig, eine entfernte Insel oder einen isolierten Kontinent zu erreichen, und für Fische ist es schwierig, von einem See zum anderen zu gelangen, wenn sie nicht durch Flüsse verbunden sind. Daher bilden sich einzigartige Faunen, beispielsweise in Australien oder am Baikalsee, deren Arten größtenteils nirgendwo sonst vorkommen.

Doch könnten solche Barrieren der Besiedlung des offenen Ozeans tatsächlich im Wege stehen? Die meisten Meerestiere können zumindest im Larvenstadium in der Wassersäule schwimmen und werden von Strömungen sehr weit getragen. Daher besiedeln Tiere im Meer oft die gesamte für sie geeignete Klimazone. So bewohnt beispielsweise der Seestern Asterias rubens die Küsten des Atlantischen Ozeans und seine angrenzenden Meere, vom Schwarzen bis zum Weißen Meer und von Florida bis Grönland. Doch selbst für gut schwimmende Meerestiere kann es unsichtbare Barrieren geben, wie eine neue gemeinsame Arbeit von Wissenschaftlern des Instituts für Ozeanologie der Russischen Akademie der Wissenschaften und der Moskauer Lomonossow-Universität zeigt.

Der Held unseres Artikels ist der Flügelfußmolluske Limacina helicina . Dieses kleine (bis zu 10 Millimeter) dunkelviolette Lebewesen schwimmt und schlägt dabei mit zwei flügelartigen Flossen. Diese Flossen sind eine Modifikation der Beine, des Standardfortbewegungsorgans von Weichtieren. Wegen des Schlagens seiner Flügelflossen wurde Limacina „Seeschmetterling“ und wegen seiner dunklen Farbe „Seeteufel“ genannt. Limacina filtert Wasser und sammelt darin Mikroalgen, die die Grundlage seiner Ernährung bilden. Er bevorzugt kaltes Wasser mit einer Temperatur von nicht mehr als 5 Grad Celsius und fühlt sich in eisigem Wasser am Rande des arktischen Eises am wohlsten. Er bewohnt alle arktischen Meere sowie den nördlichen Teil des Pazifischen Ozeans (das Ochotskische Meer und das Beringmeer, den Golf von Alaska ). Limacina kann enorme Zahlen erreichen und ist ein wichtiger Bestandteil der Ernährung einer großen Vielfalt von Tieren, von kleinen Fischen bis hin zu Walen. Limacina-Schalen sinken nach dem Tod ihrer Wirte auf den Meeresboden und nehmen dabei das in Form von Karbonat gebundene Kohlendioxid mit. Daher spielen Limacinas eine bedeutende Rolle bei der Aufnahme von Kohlendioxid durch den Ozean.

Die besprochene Arbeit umfasste eine genetische Analyse von Limacinen, die im gesamten russischen Sektor der Arktis – von Franz-Josef-Land bis zur Ostsibirischen See – gesammelt wurden. Darüber hinaus wurden Daten von Kollegen aus verschiedenen Ländern zu Limacinen von den Küsten Spitzbergens, Alaskas und des Pazifischen Ozeans verwendet. Der Vergleich der COI -Gensequenzen von 834 Individuen zeigte, dass es in der Arktis nicht nur eine, sondern drei genetisch isolierte Limacinenpopulationen gibt. Eine Population bewohnt die Meere der westlichen Arktis – die Barentssee, die Karasee und die Laptewsee. Eine andere lebt weiter östlich in der Ostsibirischen See, der Tschuktschensee und der Beaufortsee. Die dritte Population ist isoliert im Weißen Meer. Warum vermischen sich Limacinen aus verschiedenen Populationen nicht, obwohl Strömungen sie durch die Arktis tragen können? Welche Barrieren begrenzen ihre Verbreitung?

Limacines sind wählerisch, was die Wasserparameter angeht, besonders Temperatur und Salzgehalt. Sie bevorzugen kaltes Wasser, nicht wärmer als 4–5 Grad, mit einem normalen ozeanischen Salzgehalt von 3,4 % und sterben, wenn die Entsalzung unter 2,8 % liegt. Es sind Temperatur und Salzgehalt, die Barrieren zwischen den Populationen schaffen. Die Laptewsee wird von einem starken Süßwasserstrom aus der Lena beeinflusst. Die oberen 20–25 Meter des Wassers in der Laptewsee werden von der Lena auf 2 % Salzgehalt und sogar noch weniger entsalzt. Limacines vermeiden eine solche Entsalzung und gehen in Tiefen, in denen der Salzgehalt für sie normal ist. Aber die Sannikow- und Dmitri-Laptew-Straßen, die die Laptewsee mit der Ostsibirischen See verbinden, sind flach: Sie sind nicht tiefer als 18 Meter und mit entsalztem Wasser gefüllt, das für Limacines unüberwindbar ist. Und weiter nördlich, wo die Süßwasserzufuhr der Lena endet, werden die Gewässer der Laptewsee vom Transarktischen Strom nach Norden unter die Eisdecke getragen, und die darin gefangenen Limacines landen an den Küsten Kanadas und Grönlands, nicht an denen Tschukotkas. Bisher kannte man eine solche Süßwasserbarriere nur aus dem tropischen Atlantik – der Süßwasserstrom aus der Mündung des Amazonas teilt die Populationen der Rifffische in nördliche und südliche.

Die zweite Barriere sperrt die Population der Limacina im Weißen Meer ein und hängt ebenfalls mit den Eigenschaften des Wassers zusammen. Allerdings handelt es sich hierbei nicht um das Süßwasser der Lena, sondern um das warme Wasser des Golfstroms. Der südliche Teil der Barentssee ist dank des Golfstroms zu warm für Limacina (über 6 Grad), und sie leben dort nicht. Limacina kommen in der Barentssee nur in der nördlichen Hälfte, nördlich der sogenannten „Polarfront“ vor – der Linie, an der das warme Wasser des Golfstroms auf das kalte arktische Wasser trifft. Daher können sie nicht mit den Limacina des Weißen Meeres in Kontakt kommen.

Die moderne arktische Fauna hat eine turbulente Geschichte. Evolutionär gesehen ist es noch gar nicht so lange her, vor 15.000 Jahren, auf dem Höhepunkt der Vereisung. Damals waren alle oder fast alle arktischen Meere ganzjährig mit Eis bedeckt, die Beringstraße trocknete aus und das Weiße Meer fror bis zum Grund zu und hörte auf, ein Meer zu sein. Tiere, die heute in der Arktis leben, müssen die Vereisung irgendwo weiter südlich überlebt haben und sind dann mit den zurückweichenden Gletschern nach Norden gewandert. Bewohner der Wassersäule, wie die in dieser Arbeit untersuchten Limacina, könnten die Vereisung im Pazifik und im Atlantik überlebt haben. Aufgrund der Ähnlichkeit ihrer COI- Gensequenzen werden Limacina in drei Cluster oder Haplogruppen unterteilt: H1, H2 und H3. H1 lebt fast in der gesamten Arktis mit Ausnahme des Weißen Meeres sowie im Pazifik. H2 ist auf die Barentssee, die Karasee und die Laptewsee beschränkt. H3 bewohnt das Weiße Meer. Die genetischen Abstände zwischen diesen Haplogruppen deuten darauf hin, dass sich H1 und H2 vor etwa 32.000±12.000 Jahren, also während der letzten Eiszeit, trennten. Wahrscheinlich überlebte Haplogruppe H1 die Eiszeit im Pazifik, wo sie heute noch vorkommt, und H2 im Atlantik, von wo sie mit der Eisschmelze in die Barentssee, Karasee und Laptewsee wanderte.

Interessanterweise stammt die Haplogruppe H3 des Weißen Meeres von der pazifischen Haplogruppe H1 und nicht von H2, die die Vereisung im Atlantik überlebte. Der Zeitpunkt der Trennung von H1 und H3 wird auf vor 20.000 bis 10.000 Jahren geschätzt. Obwohl das Weiße Meer näher am Atlantik als am Pazifik liegt, deuten genetische Daten darauf hin, dass die Limacines das Weiße Meer vom Pazifik aus besiedelten. Als sich die Gletscher zurückzogen, taute möglicherweise zuerst der Meeresstreifen entlang der sibirischen Küste auf, und zwischen Grönland und Skandinavien blieb ein durchgehender Gletscher zurück, der es Meerestieren ermöglichte, durch die Beringstraße in die Arktis vorzudringen und nach Westen zum Weißen Meer zu wandern. Spuren der Besiedlung des Weißen Meeres vom Pazifik aus wurden bereits bei Fischen (Heringen) und Bodenmollusken ( Macoma ) nachgewiesen, und nun sehen wir, dass planktonische Arten das Weiße Meer auf derselben Route besiedelten.

Nachdem sie die Arktis „überflogen“ hatten, fanden sich die Seeschmetterlinge im Weißen Meer wieder. Einerseits sicherte dies die Bildung einer einzigartigen Population, andererseits wird die Isolation des Weißen Meeres stark durch den Klimawandel und steigende Wassertemperaturen im Atlantik und in der Barentssee beeinflusst. In Zukunft wird sich diese Isolation nur noch verstärken und die Weißmeergruppe noch stärker von ihren arktischen Artgenossen nördlich der Polarfront der Barentssee abschneiden und könnte sogar ihre Existenz im Weißen Meer bedrohen. Wie in einem Glasgefäß lebt der Seeteufel im Weißen Meer – sein eigener Mikrokosmos, der mit der weiteren globalen Erwärmung verschwinden könnte.

Diese Geschichte zeigt, dass selbst im weiten Ozean unsichtbare Grenzen existieren. Temperatur-, Salzgehalts- und Strömungsbarrieren können so undurchdringlich sein wie Kontinente. Plankton, von Strömungen getragen, bewegt sich auf den Ozeanstraßen zwischen Barrieren hindurch, die wir gerade erst zu verstehen beginnen.

Quelle: Galina A. Abyzova, Tatiana V. Neretina, Mikhail A. Nikitin, Anna O. Shapkina, Alexander L. Vereshchaka. Marine Highways and Barriers: Eine Fallstudie zur Phylogeographie von Limacina helicina in den sibirischen arktischen Schelfmeeren // Diversität . 2025. DOI: 10.3390/d17080522.

Michail Nikitin