Forschungsprojekte in der Paläontologie:

Entwicklung und Biodiversität zirkum-antarktischer Fischfaunen seit der Unterkreide

Ein Beitrag von Jürgen Kriwet, Stuttgart

Rezente Fische der Antarktis

Die Antarktis ist der kälteste und am schwersten zugängliche Kontinent der Erde und ist dadurch seit etwa 200 Jahren ein Magnet für Abenteurer und Wissenschaftler. Für die Klimaforschung stellt der antarktische Kontinent eine Art riesiges Freilandlabor dar. Eine der Besonderheiten ist, dass die Antarktis in einer ungewöhnliche biogeographische Region, dem Süd-Ozean, liegt, der durch die polare Front (antarktische Konvergenz in der älteren Literatur) gegenüber anderen Ozeanen abgegrenzt ist und etwa 10% der gesamten Ozeanflächen ausmacht. Heute kommen etwa 10 Knorpelfisch- und 300 Teleostierarten in antarktischen Gewässern vor, die sich auf insgesamt 18 Familien verteilen. Über 90% der Teleostierarten sind für den Süd-Ozean endemisch, wobei die Notothenioiden (Tooth- und Icefishes) im kalten Schelfwasser rund um die Antarktis dominieren. Seit den 1960er Jahren stellen die Fische der Antarktis eine bedeutende "Lebende Ressource” dar und werden kommerziell befischt, was bereits einige Arten an den Rand des Aussterbens gedrängt hat.

Knochenfische der Antarktis haben eine Reihe von Spezialanpassungen entwickelt, die es ihnen ermöglicht, in den extremen Bedingungen der antarktischen Gewässer (- 1.86°C) zu überleben (z.B. ein Frostschutz-Enzym, Verlust von roten Blutkörperchen). Diese Anpassungen verhindern ein Stocken bzw. Gefrieren des Blutes. Nach wie vor ist, abgesehen von einem sehr fraglichen fossilen Fund, so gut wie nichts über ihre Entwicklungsgeschichte bekannt. Mit Hilfe genetischer Daten wurde eine Entstehungszeit moderner notothenioider Fische vor etwa 3,4 Millionen Jahren angenommen.

1. eine umfassende Dokumentation der Fische der Südhemisphäre (Gondwana) ab der Unterkreide zu schaffen,
2. die Paläozoogeographie zu rekonstruieren, um so Endemismen zu erfassen, die eine Weddell-Provinz belegen, aber auch Ausbreitungs- und Vikarianzevents zu erfassen,
3. sind Tiefwasserfische oder/und Fische flachmariner Lebensräume aus benachbarten Regionen in den Süd-Ozean eingewandert, und wenn ja, in welcher Intensität und wann?
4. die Identifikation von Reliktfaunen innerhalb fossiler und rezenter Fischpopulationen,
5. die Erfassung von Aussterbe- und Recovery-Muster im Zusammenhang mit abiotischen Mechanismen (Impakt an der K/T-Grenze, Eozäne/Oligozäne-Abkühlung, miozäne Vereisung der Antarktis mit großflächigen Habitatverlusten, Etablierung der zirkumantarktischen Strömung und endgültige Isolation der Antarktis),
6. inwieweit stellt die Antarktis ein Entstehungszentrum für Fische dar, die von hier in niedrigere Breiten vordrangen,
7. die Herkunft der rezenten notothenioiden Fische zu klären (in situ – Entstehung vs. Zuwanderung und Diversifikation).

Hintergrund

Subpolare und polare Bereiche (z.B. Antarktis), werden oftmals als Entstehungszentren neuer taxonomischer Gruppen vermutet, die durch neue Anpassungen in andere Klimazonen vordringen können, aber auch als sogenannte "holding tanks”, die Taxa isoliert halten, bis entsprechende Bedingungen ihre Ausbreitung zulassen. Dies wird allgemein als "high latitude heterochronity” bezeichnet.

In den letzten Jahren wurde vermehrt die Vermutung geäußert, dass die benthische Fischfauna der Antarktis in situ entstanden seien, wobei hauptsächlich Vikarianzereignissen, wie der Öffnung der Drake-Passage zwischen der Antarktis und Süd-Amerika vor etwa 25 Millionen Jahren, aber auch der Verlust flachmariner Habitate während der Inlandeisbildung der Antarktis eine wesentliche Rolle gespielt haben. So lange allerdings die fossile Geschichte dieser Fische nicht bekannt ist, bleiben solche Annahmen spekulativ.

Subpolare und polare Breiten zeichnen sich nach landläufiger Meinung gegenüber tropischen Regionen durch eine geringere Diversität auf Artebene, größere Populationen und niedrigere Speziationsraten und Aussterberaten auszeichnen. Dies soll sowohl für wirbellose Organismen als auch für Wirbeltiere zutreffen. Allerdings haben hochauflösende Untersuchungen gezeigt, dass der Sachverhalt doch wesentlich komplizierter und die Diversität sowohl in flachmarinen als auch Tiefseebereichen wesentlich größer ist, als angenommen. Nichtsdestotrotz erscheint die Diversität moderner antarktischer Fische vergleichsweise gering. Eine umfassende Dokumentation sowie statistische Analysen fossiler und rezenter Assoziationen sollen Aufschluss über die tatsaechlichen Biodiversitat gegeben.

Ein anderes Konzept, dass mit Hilfe endemischer Invertebraten, Beuteltieren und Pflanzen für die Antarktis und benachbarte Räume entwickelt wurde, ist das der sogenannten Weddell-Provinz. Diese Provinz ist für die Oberkreide und das Paläogen kennzeichnend und stellt eine kalt-temperierte, flachmarine Region, die vom südlichen Süd-Amerika, entlang der antarktischen Halbinsel und West-Antarktika bis Neu Seeland, Tasmanien und Südost-Australien reichte. Eine solche Weddell-Provinz wird zwar auch für Fische vermutet, ist aber bisher nicht detailliert untersucht worden.