ZMT - Leibniz Zentrum für Marine Tropenforschung

Fischereibiologie sollte das notwendige Wissen über die Biologie, Ökologie und Populationsdynamik kommerziell genutzter Arten liefern, um eine nachhaltige Fischerei und Bewirtschaftung der Ressource zu ermöglichen und sicherzustellen. Der ökosystemare Ansatz für die Fischerei (EAF) erfordert die Untersuchung der Biologie der Art, der Struktur der Fischgemeinschaften, der Prozesse und der Tragfähigkeit im Ökosystem und der Wechselbeziehungen zwischen den Kompartimenten des Systems.

Eine wesentliche Voraussetzung für das Verständnis des Zustands und der Entwicklung eines Fischbestandes und seiner Reaktion auf Umweltveränderungen ist die Untersuchung der frühen Lebensstadien der Art. Eier und Larven sind die anfälligsten Stadien im Zusammenhang mit abiotischen Auswirkungen oder Wegfraß. Physiologische Zwänge wirken sich auf die Verteilung und das Überleben der Jungtiere aus und haben einen direkten Einfluss auf die Jahrgangsstärke. Mündungsgebiete entlang tropischer Küsten spielen eine wichtige Rolle als Aufzuchtgebiete für viele Arten, die für die Küstenfischerei relevant sind.

Die Kleinfischerei ist von herausragender Bedeutung für die Proteinversorgung der lokalen Bevölkerung entlang der tropischen Küsten. In den meisten Fällen sind die Fänge der handwerklichen Fischer jedoch nur unzureichend oder gar nicht registriert und erscheinen somit in keiner offiziellen Statistik. Die Biologie und die räumlich-zeitliche Verteilung vieler genutzter Arten  sind kaum untersucht oder unbekannt, und die Bestände können erschöpft sein, bevor wir überhaupt die Chance haben, ihre Rolle im Ökosystem zu verstehen. Diese Entwicklung führt zu einem Rückgang der Artenvielfalt und kann die Stabilität der Küstenökosysteme beeinflussen.

Das allgemeine Ziel der Forschung dieser Arbeitsgruppe ist es, die Auswirkungen einer variablen und sich verändernden Umwelt auf die Fischgemeinschaften, das Wachstum und den Zustand der Fische in den Küstengewässern und ihre Nutzung durch die Fischerei zu untersuchen:

Dynamik der tropischen Fischgemeinschaften im Ästuar

Die Rolle der Ästuare für die Rekrutierung von Küstenfischbeständen ist vielfältig dokumentiert. Flussmündungsgebiete werden von verschiedenen Lebensstadien von Fischen besucht, um zu fressen, sich zu schützen oder zu laichen. Untersuchungen der Abundanz und Saisonalität sowie des Wachstums und der Kondition früher Lebensstadien der Küstenfische sind daher ein zentraler Bestandteil der Aktivitäten der Arbeitsgruppe. Die Analyse der Otolithen-Mikrostruktur liefert Informationen über das tägliche Wachstum und ermöglicht das Erfassung der individuellen Lebensgeschichte der Fische und damit einen detaillierten Einglick in die artspezifischen Lebensraumnutzung und die damit verbundenen ökologischen Prozesse.

Wir bemühen uns um ein Verständnis der Bedingungen und Herausforderungen, denen Küstenfische unter den sich ändernden Klimabedingungen ausgesetzt sind. Ein vergleichender Ansatz wird verwendet, um die Auswirkungen von Temperatur, Salzgehalt und anderen Faktoren zu verstehen, indem die in Ästuaren normalerweise auftretenden steilen Gradienten dieser Parameter genutzt werden. Ein gutes Beispiel für ein solches System ist das inverse Ästuar Sine Saloum im Senegal, in dem der Salzgehalt flussaufwärts zunimmt.

Konnektivität

Aquatische Organismen nutzen im Laufe ihres Lebens mehrere Ökosysteme. Die räumliche Verbindung von Fischen zwischen Aufzucht- und Offshore-Bereichen kann mit Hilfe der Otolith-Chemie untersucht werden, um die Bedeutung von Küstengebieten für die Schelfpopulationen zu klären. Migrations- und Transportprozesse sind wichtig für das Leben der Fische, und ihr Wissen ist entscheidend für ein angemessenes Management der Bestände. Die Frage der Konnektivität von Populationen zwischen verschiedenen Ökosystemen steht im Vordergrund.

Mit Hilfe der Isotopenanalyse in Otolithen in Kombination mit der Erfassung der täglichen Wachstums besteht die Möglichkeit, die Lebensgeschichte einzelner Fische zu rekonstruieren und ihren Lebensraum über ihre Lebensspanne zurückzuverfolgen. Küstensysteme wie Mangroven, Seegraswiesen oder Korallenriffe können als Brutstätten für Arten dienen, die normalerweise auf dem Festlandsockel leben oder sogar über die Schelfkante hinausgehen und die spezielle Umgebung von unterseeischen Bergen zur Nahrungsaufnahme nutzen. Das Verständnis dieser Wanderwege ist von großer Bedeutung für Managementaspekte. Natürlich muss bei der Planung der Lage von MPAs sowie bei der Definition von zeitlichen und räumlichen Ruhezonen das Wanderverhalten der Zielarten berücksichtigt werden.

Trophische Position, Wachstum und Zustand der Schlüsselarten

Veränderungen der hydrographischen Bedingungen beeinflussen die Lebensleistung der Arten und führen zu Veränderungen der Artengemeinschaften von Ökosystemen. Die Rolle einer Art in einem Ökosystem wird teilweise durch ihre Position im Nahrungsnetz definiert. Frühe Lebensstadien stellen eine Verbindung zwischen kleinen Nahrungsorganismen wie Copepoden und juvenilen oder adulten Fischen her. Die Überlebensfähigkeit der frühen Stadien ist daher für die Entwicklung einer Fischpopulation entscheidend. Wir untersuchen mit traditionellen mikroskopischen und modernen biochemischen Methoden die trophische Position der Arten im System, ihr Wachstumspotential und ihren Zustand, um Misserfolg, Erfolg und Variabilität in Rekrutierungsprozessen zu verstehen.

Physiologische Einschränkungen und Anpassungen an Umweltherausforderungen wie Hypoxie, steigende Temperatur und Versauerung

Es hat sich gezeigt, dass sich Temperatur und Sauerstoff in den östlichen Teilen der tropischen Ozeane deutlich verändern. Fischarten, vor allem im Frühstadium, reagieren sehr empfindlich auf solche Veränderungen, da ihr "Umweltfenster" (der ökologische Toleranzbereich in einem Parameter, an den sie angepasst sind) im Vergleich zu größeren Fischen klein ist. Die Toleranz gegenüber niedrigen Sauerstoffkonzentrationen variiert von Art zu Art. Während einige Grundfische und Krebstiere für kurze Zeit mit nahezu sauerstofffreien Bedingungen zurechtkommen, scheinen andere Arten bereits durch mittlere Sauerstoffkonzentrationen beeinträchtigt zu sein.

Im Rahmen des Projekts GENUS (Geochemie und Ökologie des namibischen Auftriebssystems) untersuchen wir die Verteilung, das Wachstum und die physiologische Leistung früher Stadien von Schlüsselarten des Systems unter sauerstoffarmen Bedingungen, um die großräumigen Veränderungen in der Verteilung und der Biomasse dieser Arten zu erklären.

Mikroplastik in Küstenhabitaten und marinen Auftriebsgebieten

Im Zusammenhang mit der Aufnahme und Bioakkumulation von Meeresabfällen sind mikro- und mesoplastische (MP) Materialien und Fragmente in den Fokus der wissenschaftlichen und öffentlichen Aufmerksamkeit gerückt. Aufgrund ihrer Größenbereiche zwischen > 1 μm und 5 mm, die eine Interaktion mit Plankton an der Basis des marinen Nahrungsnetzes ermöglichen (Cole et al. 2013) sowie ihrer globalen Präsenz und kumulativen industriellen Anwendung, die zu steigenden Mengen in Süßwasser- und Meereslebensräumen führen (Ryan, 2015), stellen sie potentiell eine wichtige Gefahrenquelle dar. Küstenökosysteme wie Lagunen und Ästuare sowie Auftriebsgebiete sind von wesentlichem biologischen, sozialen und wirtschaftlichen Wert. Sie sind aber auch einem starken Eintrag von Mikroplastikpartikeln ausgesetzt, da sie große Mengen von Mikroplastik vom Land erhalten und als Senke oder Übergangsbereich von Schadstoffen zu den globalen Ozeanen fungieren.

Obwohl Fische zu der Gruppe von Organismen gehören, die potenziell von der Aufnahme von Mikroplastik betroffen sind und sowohl im Feld als auch im Labor am intensivsten untersucht werden, fehlen umfassende Studien über die frühen Lebensstadien von Fischen, die den Engpass bei der Entwicklung von Fischpopulationen darstellen.

In dem Projekt MicroplastiX (Fallstudien zur Verteilung von Mikroplastiken in verschiedenen Ökosystemen; 1. April 2020 bis 31. März 2023), das im Rahmen der JPI-Oceans-Ausschreibung 2018 gefördert wird, werden verschiedene Aspekte der Meeresverschmutzung durch Mikroplastik behandelt. Das ZMT-Teilprojekt trägt insbesondere zur Untersuchung der horizontalen und vertikalen Verteilung von Mikroplastik in Küstengewässern bei. Die umfangreiche Probensammlung, insbesondere aus dem Südatlantik, bietet zudem die Möglichkeit, eine zeitliche Entwicklung des Mikroplastik-Vorkommens aufzuzeigen. Darüber hinaus soll untersucht werden, inwieweit frühe Entwicklungsstadien von Fischen durch die Aufnahme von Mikroplastiken beeinflusst werden.

Kapazitätsentwicklung

Wir führen eine breite Palette von Maßnahmen zur Entwicklung von Kapazitäten durch, um die Fähigkeit der tropischen Länder zu stärken, eine bessere und nachhaltige Bewirtschaftung ihrer lebenden Küstenressourcen umzusetzen. Neben Lehrveranstaltungen, die in die Curricula der beiden Masterstudiengänge "International Studies in Aquatic Tropical Ecology" und "Marine Biology" an der Universität Bremen integriert sind, engagieren wir uns, wo immer möglich, für die praktische Ausbildung von Studenten, Doktoranden und Nachwuchswissenschaftlern auf Forschungsfahrten, realisieren spezielle Trainingskurse zu verschiedenen Aspekten der Fischereibiologie und unterstützen Institute in den Partnerländern bei der Durchführung eigener fischereibezogener Studiengänge.