Has climate change altered Jan Mayen Island Arctic Charr life-history traits and feeding ecology?

In den kalten, abgelegenen Winkeln der Arktis existiert das Leben auf einem schmalen Grat, wo ein einziges Grad Erwärmung ein ganzes Ökosystem umgestalten kann. Seit Jahrzehnten beobachten Wissenschaftler, wie steigende Temperaturen die Tiere beeinflussen, die diese gefrorenen Landschaften ihr Zuhause nennen, insbesondere Fische wie die Artiklaich. Diese Fische sind Meister der Anpassung und spalten sich oft innerhalb eines einzigen Sees in verschiedene Formen auf: Einige bleiben klein und fressen winzige Insekten, während andere groß genug werden, um ihre eigenen Artgenossen zu fressen. Diese Aufspaltung, bekannt als Lebensstrategie, ist normalerweise ein langsamer Tanz der Evolution, der durch Nahrungsverfügbarkeit und Konkurrenz vorangetrieben wird. Doch wenn sich das Klima schnell verschiebt, stellt sich die Frage: Verändert der Fisch seinen Körper und sein Verhalten, um zu überleben, oder kämpft er einfach nur vergeblich, um Schritt zu halten? Das Verständnis dieser Veränderungen ist entscheidend, da sich die Arktis schneller erwärmt als fast überall sonst auf der Erde, und die dort lebenden Kreaturen ein klares Fenster dazu bieten, wie die Natur reagiert, wenn sich die Regeln des Spiels ändern.

Auf der winzigen, vulkanischen Insel Jan Mayen, die im Grönlandmeer schwebt, entfaltet sich seit fast dreihundert Jahren ein einzigartiges Experiment. Im Jahr 1732 drückte ein Vulkanausbruch das Land nach oben und schloss einen See namens Nordlaguna vom Ozean ab. Die Fische darin, eine Population von Artiklaich, waren vom Meer abgeschnitten und gezwungen, völlig auf sich allein gestellt zu überleben. In den letzten sechs Jahrzehnten hat sich die Insel erheblich erwärmt. Die Durchschnittstemperatur während der Sommermonate, wenn der See eisfrei ist, ist von 3,8 Grad Celsius in den frühen 1960er Jahren auf 5,6 Grad Celsius in den letzten Jahren gestiegen. Ein Forscherteam kehrte kürzlich zu diesem isolierten See zurück, um zu sehen, ob diese Erwärmung die Fische verändert hat. Sie wollten wissen, ob der Laich größer geworden ist, schneller ausgewachsen ist oder was er frisst, und ob diese Veränderungen Anzeichen einer Population sind, die mit dem Überleben kämpft, oder einer, die in einer neuen Welt aufblüht.

Die Forscher machten sich im August 2019 auf den Weg, um Fische in Nordlaguna zu fangen, wobei sie Netze verwendeten, die darauf ausgelegt waren, die kleineren, zahlreicheren Fische zu fangen, während die wenigen großen, die als Räuber fungieren, verschont wurden. Sie verglichen ihre Funde mit Daten, die Wissenschaftler in den 1960er Jahren gesammelt hatten, und suchten nach Unterschieden in Größe, Alter und Gesundheit. Die Ergebnisse zeigten eine klare Verschiebung in der Lebensgeschichte der Fische. Die kleineren Fische, die 2019 gefangen wurden, waren im gleichen Alter körperlich größer als ihre Gegenüber aus den 1960er Jahren. Viel wichtiger war, dass sie schneller heranwuchsen. In den 1960er Jahren erreichten die meisten dieser kleinen Fische die Geschlechtsreife erst in einem höheren Alter, aber bis 2019 waren die meisten bereits in einem viel jüngeren Alter geschlechtsreif, oft mit drei Jahren. Dies deutet darauf hin, dass das wärmere Wasser ihr Wachstum beschleunigt und sie dazu drängt, früher im Leben geschlechtsreif zu werden.

Trotz dieser Veränderungen in Größe und Alter schienen die Fische insgesamt nicht in besserer Verfassung zu sein. Tatsächlich fanden die Forscher heraus, dass das Nahrungsangebot im See extrem gering bleibt. Der See ist so nährstoffarm, dass es ihm an den winzigen schwebenden Tieren, oder Zooplankton, mangelt, auf die viele andere arktische Fische angewiesen sind. Die einzige Nahrung, die in nennenswerten Mengen verfügbar ist, ist ein kleiner, am Boden lebender Krebstier-Typ. Da die Nahrung so knapp ist, können die Fische nicht unbegrenzt wachsen. Die Forscher vermuten, dass das wärmere Wasser den Stoffwechsel der Fische erhöht, was dazu führt, dass sie Energie schneller verbrennen, aber der Mangel an Nahrung verhindert, dass sie diese zusätzliche Energie nutzen können, um zu Riesen heranzuwachsen. Stattdessen haben die Fische ihre Strategie angepasst: Sie wachsen in jungen Jahren schneller, um eine Größe zu erreichen, in der sie sich fortpflanzen können, bevor die Nahrung ausgeht oder sie sterben. Es ist ein Wettlauf gegen die Zeit, bei dem eine frühe Geschlechtsreife der einzige Weg ist, um sicherzustellen, dass die nächste Generation überlebt.

Auch die Ernährung der Fische erzählte eine Geschichte der Veränderung, wenn auch keine vollständige Umgestaltung. In den 1960er Jahren aßen die Fische eine Mischung aus verschiedenen kleinen Kreaturen. Bis 2019 hatte sich ihre Ernährung signifikant verengt, wobei fast alle von ihnen genau diese eine Art kleiner Krebstiere fraßen. Die wenigen großen Fische, die im See verblieben und dafür bekannt sind, andere Fische zu fressen, waren noch spezialisierter geworden und ernährten sich fast ausschließlich von ihren kleineren Nachbarn. Diese Verschiebung deutet darauf hin, dass die Fische sich zwar an die Hitze anpassen, dies jedoch innerhalb der strengen Grenzen einer sehr kargen Umgebung tun. Sie erweitern ihr Menü nicht; sie verengen ihren Fokus auf die einzige Nahrung, die verfügbar ist.

Die überraschendste Entdeckung gelang bei der Untersuchung der DNA der Fische. In vielen Seen, wenn sich Fische in zwei Gruppen aufspalten – eine Gruppe, die Insekten frisst, und eine andere, die Fische fris- – werden sie schließlich genetisch so verschieden, dass sie nicht mehr miteinander sich kreuzen können. So entstehen oft neue Arten. Die genetische Analyse der Jan-Mayen-Fische zeigte jedoch keinen solchen Aufspaltungsprozess. Obwohl die kleinen und die großen Fische sehr unterschiedlich aussehen und agieren, gehören sie alle zur gleichen genetischen Familie. Sie haben keine separaten Identitäten in ihren Genen entwickelt. Stattdessen nutzen sie ein flexibles biologisches Werkzeug namens phänotypische Plastizität, das es einer Gruppe von Tieren ermöglicht, ihr Aussehen und ihr Verhalten basierend auf ihrer Umgebung zu ändern, ohne ihren genetischen Code zu verändern. Dies bedeutet, dass die Population immer noch eine einzige Einheit ist, die in der Lage ist, ihre Strategie bei sich ändernden Bedingungen anzupassen, anstatt in getrennten evolutionären Pfaden festzustecken.

Als die Forscher die Jan-Mayen-Fische mit Artiklaich aus anderen Gebieten des Nordatlantiks, wie etwa Grönland, Island und Norwegen, verglichen, war der Unterschied eklatant. Die Jan-Mayen-Population ist genetisch einzigartig und hebt sich von allen anderen Gruppen ab. Diese Isolation, verursacht durch das vulkanische Ereignis, das sie vor drei Jahrhunderten in dem See einschloss, hat es ihnen ermöglicht, auf eine Weise zu evolvieren, die ganz ihre eigene ist. Obwohl sie einige entfernte genetische Verbindungen zu Fischen in Island und Ostgrönland teilen, sind sie eine eigenständige Abstammungslinie, die durch die einzigartigen Herausforderungen ihres kleinen, sich erwärmenden Inselheims geformt wurde.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Artiklaich von Jan Mayen auf den Klimawandel reagieren, aber nicht so, wie man es erwarten würde. Sie wachsen nicht zu massiven, dominanten Raubfischen heran, weil der See sie nicht unterstützen kann. Stattdessen werden sie in einem jüngeren Alter geschlechtsreif und wachsen als Jungtiere schneller – eine Überlebensstrategie, die durch die Kombination aus wärmerem Wasser und knapper Nahrung vorangetrieben wird. Sie haben ihre Lebensgeschichte angepasst, um in eine harte Realität zu passen, und bleiben dennoch eine einzige, genetisch einheitliche Population. Dieser kleine, isolierte See dient als natürliches Laboratorium, das zeigt, wie eine Art sich schnell an eine sich erwärmende Welt anpassen kann, selbst wenn die Ressourcen, um groß zu werden, schlichtweg nicht vorhanden sind. Die Fische gewinnen keinen Kampf gegen das Klima; sie lernen lediglich, wie man innerhalb seiner neuen, engeren Grenzen lebt.