Benthische Ökosystem Funktionen arktischer Schelfs, Hänge und Tiefseebecken

Arktische Schelfs wie die südliche Chukchi See, das Bering Schelf und die Barentssee gehören zu den produktivsten Ozeangebieten der Welt. Die hohe Biomasse und Vielfalt benthischer Lebewesen, also der Organismen die mit dem Meeresboden assoziiert sind, spielt hierbei eine besondere Rolle. Durch sie wird eine Vielzahl an Konsumenten in den oberen Ebenen des marinen Nahrungsnetzes aufrechterhalten, die von kommerziell genutzten Fischbeständen bis hin zu Meeressäugern reicht. Der Motor dieses produktiven Systems ist die mit der saisonal wandernden Eisgrenze verknüpfte Phytoplanktonblüte. Heute verkleinert sich die arktische Eiskappe jedoch in einer noch nie dagewesenen Geschwindigkeit, und ein im Sommer eisfreier arktischer Ozean wird bereits vor Mitte dieses Jahrhunderts vorhergesagt. Da das Meereis die Primärproduktion reguliert und somit den zentralen Faktor im arktischen Ozean darstellt, wird ein Rückgang in der arktischen Eisbedeckung das gesamte arktische Ökosystem beeinflussen. Auf Basis unseres derzeitigen Wissenstandes sind wir noch nicht in der Lage, Änderungen in Ökosystemleistungen und Funktionen zuverlässig vorherzusagen. Ein Grund dafür ist der Mangel an Basisdaten über die Muster von benthischen Gemeinschaften, zu denen Veränderungen in Bezug gesetzt werden könnten. Obwohl in den letzten Jahren einige Informationen über die strukturelle Variabilität des Benthos gesammelt wurden, fehlen Informationen über die funktionelle Variabilität noch fast zur Gänze. Dieses Projekt setzt sich zum Ziel diese Wissenslücken mittels eines integrativen, pan-arktischen Ansatzes zu füllen. Die erste Projektphase umfasst die Konsolidierung aller erhältlichen Daten über arktisches Makrobenthos (>1 mm) und Megabenhos (>2 cm) in einer Datenbank. Aufbauend auf dieser ersten Datensammlung wird eine Datenbank der Merkmale und Funktionen aller inkludierten Arten erstellt, welche Informationen über Entwicklung, Morphologie und Verhalten enthält. Diese MerkmalsDatenbank wird in Form eines dynamischen Werkzeugs gestaltet sein, auf das ausgewiesene Experten zugreifen können und das in weiterer Folge mit anderen arktisch spezifischen Plattformen vernetzt werden soll (e.g. PANABIO, WoRMS). Die zweite Projektphase ist der Auswertung der gesammelten Daten mittels einer biologischen Merkmalsanalyse (BTA, aus dem Englischen biological trait analysis) gewidmet. Dieses Verfahren ist geeignet, ökologische Funktionen benthischer Gemeinschaften zu beschreiben, sowie aus Umweltveränderungen resultierende Funktionsänderungen aufzuzeigen. Degen (2015) wendete diesen Ansatz erstmals an Datensätzen aus der arktischen Tiefsee an, und konnte feststellen, dass seit den 1990er Jahren bereits funktionelle Veränderungen stattgefunden haben. Die grundlegenden Ziele dieses Projektes sind i) die Funktionsanalyse von benthischen Gemeinschaften arktischer Schelfs, Hänge und Tiefseebecken sowie entlang eines Schelf-Hang-Becken Gradienten in der eurasischen und der amerasischen Arktis, ii) die Identifikation von benthischen Funktionen und geographischen Regionen die am anfälligsten für Veränderungen sind, sowie iii) die Vorhersage benthischer Funktionen in einem zukünftigen, saisonal eisfreien arktischen Ozean.

Eine umfassende ökologische Merkmalsdatenbank für den arktischen Meeresboden verbessert unseren Einblick in dieses faszinierende Ökosystem und die rapiden Veränderungen denen es unterworfen ist. Arktische Schelfmeere wie die Tschuktschen See, das nördliche Bering Meer und die Barentssee gehören zu den von mariner Bodenfauna am dichtest besiedelten Ozeangebieten der Welt. Die Dichte und Vielfalt des Bodenlebens ernährt eine Vielzahl an Konsumenten in den oberen Ebenen des marinen Nahrungsnetzes, von kommerziell genutzten Fischbeständen bis hin zu den großen Meeressäugern wie Walross und Grauwal. Doch dieses Nahrungsnetz verändert sich rapide. Die Arktis erwärmt sich im Vergleich zum globalen Durchschnitt doppelt so schnell, und ein eisfreier arktischer Ozean im Sommer wird bereits Mitte dieses Jahrhunderts vorhergesagt. Bisher war es uns noch nicht möglich, diese ökologischen Entwicklungen in einem Maß zur erfassen, das die Vorhersage von sich ändernden Ökosystemfunktionen und Leistungen gestatten würde. Ein Grund dafür war der Mangel an ökologischen Basisdaten, zu denen die aktuellen (oder in Modellen prognostizierten) Veränderungen in Bezug gesetzt werden können. Unser Projekt konnte diese Wissenslücke für eine wichtige Komponente des arktischen Nahrungsnetzes, die marinen Bodenlebewesen (Zoobenthos), schließen. Im ersten Arbeitsschritt wurde in Kooperation mit internationalen Expertinnen und Experten ein Datensatz von an die 1000 Probenstationen und den zugehörigen Metadaten erstellt, der weite Teile der pazifischen und atlantischen Seite des arktischen Ozeans abdeckt. Im nächsten Schritt wurden über Literaturrecherche und Kommunikation mit Expertinnen und Experten umfassende ökologische Informationen über alle an diesen Stationen verzeichneten Tierarten gesammelt. Um diese Fülle an ökologischen Informationen der wissenschaftlichen Gemeinschaft zugänglich zu machen, wurde eine interaktive, web-basierte Datenbank entwickelt (The Arctic Traits Database: www.univie.ac.at/arctictraits). Diese Datenbank ermöglicht nicht nur den raschen Download der ökologischen Informationen, sondern auch den interaktiven Austausch zwischen den Nutzern. Ein weiteres besonderes Feature ist die Konvertierung der ökologischen Informationen in ein Code-System. Diese Codes können ebenfalls heruntergeladen und direkt in statistische Software importiert und zu Analysezwecken herangezogen werden. Um auch anderen Arbeitsgruppen oder Fachbereichen den Aufbau einer vergleichbaren Datenbank zu erleichtern, wurde der zugrundeliegende Code der Datenbank ebenfalls veröffentlicht und mit hilfreichen Instruktionen ergänzt. Im dritten Arbeitsschritt wurde der Stationsdatensatz mit dem ökologischen Datensatz kombiniert und mittels der ökologischer Merkmalsanalyse ausgewertet. So können wir in Erfahrung bringen in wie weit sich die ökologischen Muster zwischen dem pazifischen und dem atlantischen Teil der Arktis, oder zwischen seichteren und tieferen Meeresregionen unterscheiden. Weiters können wir herausfinden, welche Regionen besonders robust oder anfällig gegenüber den derzeitigen (oder prognostizierten) Veränderungen sind. Dieser letzte Arbeitsschritt ist zur Zeit noch nicht zur Gänze abgeschlossen.