Je wärmer das Wasser, desto kleiner die Fische

06.11.2012 | 16:48 |  Von Jürgen Langenbach (Die Presse)

Bei höheren Temperaturen reift aquatisches Leben früher, weil es sonst die Versorgung mit Sauerstoff nicht schafft.

Drucken Versenden AAA
Schriftgröße
Kommentieren

Die Welt der Biologie ist voll mit „ökogeografischen Regeln“, das sind keine Naturgesetze, sondern auffällige Muster, die für viele Arten gelten. Eine Regel ist nach Carl Bergmann benannt, dem 1847 auffiel, dass Tiere im Norden (und auf Bergen) größer sind als am Äquator (und unten). Er erklärte es mit dem Haushalt der Wärme: Große Körper halten sie eher, kleine strahlen sie eher ab, weil die Masse eines Körpers im Kubik wächst, die Oberfläche im Quadrat. Aber das stimmt selbst für Tiere, die sich beheizen, nur überwiegend – für 71 Prozent der Säuger und 76 Prozent der Vögel –, und die stellen gerade ein Promille von allen.

Für die restlichen 99,9 Prozent, die sich von der Umwelt wärmen lassen, gibt es ganz unterschiedliche Befunde, manche folgen der Bergmann'schen Regel, andere lassen sie als Artefakt erscheinen. Aber mit Körpergröße zu tun hat Wärme schon, denn es gibt eine zweite Regel, sie gilt breiter, heißt „temperature size rule“ (TSR) und fasst zusammen, dass innerhalb von Arten Tiere umso früher geschlechtsreif werden – und dann auch oft nicht mehr wachsen  –, je wärmer ihre Umwelt ist.

Mehr Bedarf, aber nicht genug Zufuhr

Das beobachtet man schon lange – und in Zeiten globaler Erwärmung macht es Sorgen –, aber was dahintersteckt, ist unbekannt. Eine Hypothese setzt auf den Brennstoff des Lebens: Sauerstoff. Der muss in Körper hinein, in jede Zelle, entweder durch Diffusion oder durch spezialisierte Organe, dann spendet er Energie. Von der wird mehr verbraucht, wenn es wärmer ist – Enzyme arbeiten rascher, auch andere chemische Reaktionen laufen auf höheren Touren –, also muss mehr Sauerstoff in den Körper. Es kann aber nicht genug hinein, weil auch für die Sauerstoffaufnahme gilt, dass die Oberfläche eines Körpers sehr viel weniger zunimmt als die Masse.

Das Problem verschärft sich in dem Medium, in dem man schwerer an Sauerstoff kommt und in dem mehr Energie gebraucht wird – zur Bewegung –, im Wasser. Dort hat Andrew Hirst (London) die Sauerstoffhypothese bestätigt. Er hat Studien ausgewertet, in denen an 169 Arten – terrestrischen und aquatischen – der Zusammenhang von Körpergröße und Umgebungstemperatur erhoben wurde. Bei Tieren, die im Wasser leben, ist der Frühreife-Effekt zehnmal so groß wie bei Landtieren gleicher Größe: Pro Grad Celsius mehr bleibt ihr Körper um fünf Prozent kleiner (Pnas, 5. 11.). Das gilt erst ab einer Masse von zehn Gramm, kleinere Tiere tun sich mit der Sauerstoffversorgung leichter. Und rätselhaft bleibt, warum der Effekt auf dem Land so viel geringer ist.

("Die Presse", Print-Ausgabe, 07.11.2012)

Testen Sie "Die Presse" 3 Wochen lang gratis: diepresse.com/testabo

Mehr aus dem Web

5 Kommentare

Also ich weiss nicht

...ob man das so auf die Sauerstoffversorung schieben kann. Denn die Versorgung ist bei Wirbeltieren kaum auf Diffusion angewiesen weil sie ohnehin einen Blutkreislauf haben, der das perfekt verteilt, und der das eigentlich bei jeder Organismusgröße bis zum Blauwal schafft, und den gibts auch in warmen Meeren. Und ob man im Wasser mehr Energie verbraucht wegen der Bewegung wage ich auch zu bezweifeln: schließlich haben viele Wassertiere Stromlinienform und müssen ihr eigenes Körpergewicht nicht tragen. Wenn also Fische in warmem Wasser kleiner bleiben, könnte das nicht auch daran liegen, dass wegen höherem Nahrungsmittelangebot Populationen dichter werden was das Platzangebot limitiert und kleinere Exemplare selektiv bevorzugt werden; oder dass höhere Nährstoffdichte einfach das Reifen der Geschlechtsorgane überproportional zum Längenwachstum fördert; oder dass das doch einfach eine Studie ist, bei der ein paar systematische Fehler das Ergebnis einseitig beeinträchtigt haben (bias)?

Re: Also ich weiss nicht

natürlich diffundiert auch bei Wirbeltieren Sauerstoff. Zum ersten Mal vom Medium ins Blut und ein zweites Mal vom Blut in die Zelle.
Aber ich glaube auch nicht, dass der Flaschenhals in der Zirkulation zu finden ist. Die Studie ist die aktuellste einer ganzen Reihe von Studien, in denen Hirst u.a. herausfand, dass Wachstum und Entwicklung unterschiedlich stark und unabhängig voneinander mit Temperaturänderungen korrelieren. Da sich nun zeigte, dass dieser Unterschied in Wasser ab einer gewissen Körpermasse 10x größer ist, vermutet er einen Zusammenhang mit Sauerstoff. Aber das ist alles andere als in Stein gemeißelt...

Re: Re: Also ich weiss nicht

Ja schon klar diffundiert Sauerstoff auch bei Wirbeltieren. Ich war zu unpräzise: die Diffusionsstrecke ist der limitierende Faktor, und durch den Blutkreislauf ist die halt auch bei großen Tieren minimal. Jedenfalls kann man damit also nicht so leicht eine unterschiedliche Körpergröße erklären. Dass Wachstum und Sauerstoff einen Einfluß auf Wachstum haben können würde ich auch nicht bestreiten. Sauerstoff ist z.B. zur Produktion von Biomasse nötig und damit hier sicher ein limitierender Faktor. Ich stimme auch zu dass das damit auch eine Temperaturabhängigkeit hat wegen der unterschiedlichen O2 Löslichkeit. Nur bei Körpergrössen habe ich halt meine Zweifel, da halte ich eigentlich immer noch ökologische Faktoren (Anpassung an bestimmte Nischen) für wichtiger. Und an pck0: ich glaube im freien Wasserkörper haben Sie recht, dass es da weniger Limitations gibt, aber wie wäre es zB in Korallenriffen? Da gibt es denke ich eine Vielzahl sehr limitierter Nischen sehr spezialisierter Species. Betreffend Geschlechtsorgane: da beziehe ich mich v.a. darauf dass eine normale Hodenfunktion beim Menschen offenbar temperaturabhängig zu sein scheint (drum sind die wohl auch etwas unpraktisch im Skrotum untergebracht, fehlende Deszendenz ist oft mit Infertiliät gekoppelt), das könnte doch auch schon bei der Entwicklung und anderen Arten eine Rolle spielen. Aber am ehesten glaube ich eigentlich an einen methodischen Bias. 169 Arten aus zigtausenden neutral zu wählen ist schwer.

Re: Re: Re: Also ich weiss nicht

Gerade Sauerstoff ist doch einer der wichtigsten (abiotischen) ökologischen Faktoren!

Vielleicht ist der ganze Sachverhalt aber auch viel simpler...
Ein Beispiel:
Wenn ich einer Raupe suboptimales Futter biete verzögert sich ihr Wachstum. Sie wächst also langsamer, es stagniert bisweilen sogar. Doch sie "kann" sich nicht ewig Zeit lassen (Vegetationsperiode), weshalb die Entwicklung dennoch fortschreitet. Langsamer zwar, aber doch. Sie häutet sich fünf Mal und verpuppt sich und schlüpft und die Schmetterlinge solcher Raupen sind im Schnitt deutlich kleiner. Würde ihre Reifung genauso langsam ablaufen wie das Wachstum, dann würde sie nie erwachsen werden, könnte sich also auf keinen Fall fortpflanzen. So hat sie wenigstens eine Chance.
Und macht sie das, so sind ihre (besser ernährten) Nachkommen wieder so groß, wie es sich für die jeweilige Art "gehört".

Ähnlich verhält es sich mit der Temperatur. Wie im Artikel beschrieben steigt der Energiebedarf bei höherer Temperatur. Wenn sonst alles +/- gleich bleibt verzögert sich das Wachstum. Die Entwicklung wird jedoch nicht (so stark) beeinflusst, weshalb die Tiere (bei Geschlechtsreife) kleiner bleiben.

Re: Also ich weiss nicht

In marinen Lebensraeumen ist glaube ich das Platzangebot nicht wirklich ein limitierender Faktor, und dass groesseres Nahrungsangebot (auch auf Umwegen) zu geringeren Koerpergroessen fuehrt waere mir auch komplett neu, bzgl. schnellerer Geschlechtsreife bin ich mir auch nicht sicher, citation needed wuerd ich sagen.

Man bedenke andererseits, dass kaltes Wasser viel sauerstoffreicher ist weil sich O2 darin leichter loest, was erklaeren wuerde wieso der Einfluss der Waerme auf die Koerpergroesse im Wasser viel groesser ist als in der Luft.


Wissenskommentar

AnmeldenAnmelden