Pinguine sind wandelnde Archive für Umweltveränderungen in der Antarktis. Die Federn und Eierschalen der Vögel enthalten chemische Fingerabdrücke die Veränderungen in der Ernährung, der Struktur des Nahrungsnetzes und sogar des Klimas festhalten, berichteten Forscher kürzlich auf dem Ocean Sciences Meeting 2018 in Portland, Oregon.

Sowohl Pinguinfedern als auch Eierschalen erlauben Einblicke in die Nahrung der Pinguine und wie sich ihre Umwelt verändert. (Bild: Kelton McMahon)
Sowohl Pinguinfedern als auch Eierschalen erlauben Einblicke in die Nahrung der Pinguine und wie sich ihre Umwelt verändert. (Bild: Kelton McMahon)

Die Antarktis hat sich in den vergangenen Jahrzehnten dramatisch verändert. Überfischung hat zum Rückgang des Krills geführt, der eine wichtige Nahrungsquelle für Vögel, Wale, Fische und Pinguine im Südpolarmeer darstellt. Der Klimawandel verändert Windrichtungen und schafft offene Wasserstellen im Meereis, die zu Hot Spots für die Tiere werden. Diese Veränderungen wirken sich lawinenartig auf das Nahrungsnetz und den Kreislauf der Nährstoffe aus. «Pinguine sind ausgezeichnete Bioarchive für diese Veränderungen», sagt Kelton McMahon, ein Meeresökogeochemiker an der Universität von Rhode Island in Kingston. Pinguine stehen im Zentrum des antarktischen Nahrungsnetzes, und ihr Gewebe ist dafür bekannt, Details über ihre Ernährungsgewohnheiten aufzubewahren. Verschiedene Nahrungsquellen enthalten unterschiedliche Anteile von Kohlenstoff- und Stickstoffisotopen. (Isotope sind Formen desselben Elements mit gleicher Protonen- und unterschiedlicher Neutronenzahl). Zum Beispiel enthalten Nahrungsquellen wie Krill und Fisch unterschiedliche Mengen an Stickstoff-15 im Verhältnis zu Stickstoff-14. Die Gewebe von Pinguinen, wie Federn und Eierschalen zum Beispiel, bewahren diese Proportionen.

Eine neue Methode könnte Wissenschaftlern dabei helfen zu unterscheiden, ob eine veränderte Ernährung oder Änderungen im Nahrungsnetz zu unterschiedlichen Isotopenverhältnissen in Eselspinguinen führen. (Bild: Kelton McMahon)
Eine neue Methode könnte Wissenschaftlern dabei helfen zu unterscheiden, ob eine veränderte Ernährung oder Änderungen im Nahrungsnetz zu unterschiedlichen Isotopenverhältnissen in Eselspinguinen führen. (Bild: Kelton McMahon)

Frühere Studien stellten bereits eine signifikante Verschiebung der Isotopenwerte in Pinguingeweben während der letzten 80 Jahren fest. Diese Untersuchungen konnten jedoch nicht zwischen einer Änderung der Ernährungsgewohnheiten der Pinguine und klimatischen Veränderungen unterscheiden, die die Isotopenwerte mikroskopisch kleiner Organismen am Grunde des Nahrungsnetzes veränderten. Daher haben McMahon und seine Kollegen eine Methode entwickelt, um diese Unterscheidung zu treffen - und letztlich die Veränderungen in der Antarktis zu verfolgen. Das Team konzentrierte sich auf die Isotopenwerte einzelner Aminosäuren, die die Bausteine ​​von Proteinen sind. Diese Werte offenbaren «eine Menge über die Biochemie im Körper», sagt McMahon. Einige dieser Werte sind signifikant verändert, da die Nahrung verdaut und in den Körper eines Tieres eingebaut wird; andere verändern sich nur wenig. Um zu verstehen, was die Pinguine im Laufe der Zeit gefressen hatten, entwickelte die Forscher zuerst eine Reihe von «chemischen Fingerabdrücken» für die Isotopenwerte von einem Dutzend verschiedener Aminosäuren, indem sie die Isotopen-Werte von Atlantischem Hering, einem Grundnahrungsmittel der Pinguine, bestimmten und Veränderungen im Körper der Pinguine nach der Verdauung untersuchten. Die Forscher gelangten zu diesen Daten durch in eine kontrollierte Fütterungsstudie in Zusammenarbeit mit dem Omaha Henry Doorly Zoo und dem Aquarium in Nebraska, die genau verfolgten, was, wann und wieviel die Eselspinguine in Gefangenschaft fraßen. Der Vergleich der chemischen Fingerabdrücke im Gewebe der wildlebenden Eselspinguine zeigte, was die wilden Pinguine in der Vergangenheit gefressen haben müssen. In den letzten 80 Jahren ernährten sich die Pinguine hauptsächlich von Fischen, dann von Krill und später wieder hauptsächlich von Fischen, berichtete das Team. Dafür gibt es eine einleuchtende historische Erklärung, sagt McMahon: In den späten 1800er Jahren bis zur Mitte der 19. Jahrhunderts jagten Walfänger ausgiebig Meeressäuger, die sich vorwiegend von Krill ernährten. Sehr wahrscheinlich haben die Pinguine den daraus resultierenden Krillüberschuss genutzt. In den 1970er bis 1990er Jahren stieg allerdings die kommerzielle Krillfischrei und die Pinguine wechselten wieder zu einer Fisch-dominierten Ernährung.

Pinguinfedern bewahren die Geschichte von Ernährungsumstellungen. In den letzten 80 Jahren haben sich Pinguine hauptsächlich von Fischen, dann von Krill und dann wieder hauptsächlich von Fischen ernährt. Die jüngste Veränderung im Nahrungsplan der Pinguine könnte die Zunahme der kommerziellen Krillfischerei auf das Ökosystem widerspiegeln. (Bild: Katja Riedel)
Pinguinfedern bewahren die Geschichte von Ernährungsumstellungen. In den letzten 80 Jahren haben sich Pinguine hauptsächlich von Fischen, dann von Krill und dann wieder hauptsächlich von Fischen ernährt. Die jüngste Veränderung im Nahrungsplan der Pinguine könnte die Zunahme der kommerziellen Krillfischerei auf das Ökosystem widerspiegeln. (Bild: Katja Riedel)

Aber die Methode erlaubt weitere Rückschlüsse. Es ist bekannt, dass bestimmte Aminosäuren in der Nahrung der Pinguine den Körper mit fast unverändertem Isotopenwert passieren. Tatsächlich wird angenommen, dass diese Aminosäuren die ursprünglichen Isotopenwerte in Mikroorganismen an der Basis des antarktischen Nahrungsnetzes widerspiegeln: Phytoplankton, das im Südpolarmeer schwimmt. Da das Klima die Isotopenwerte des Phytoplanktons bestimmt, stellen die Isotope in diesen Aminosäuren ein Protokoll des Klimawandels dar. Im Fall des Stickstoffs sind höhere Stickstoff-15-Werte im Verhältnis zum Stickstoff-14 im Phytoplankton wahrscheinlich auf mehr offene Wasserstellen im Meereis zurückzuführen, sagte McMahon. Solche offenen Wasserstellen, Polynyas genannt, sind in den letzten Jahrzehnten rund um die Antarktis aufgrund von Veränderungen der Windrichtungen in Zusammenhang mit dem Klimawandel entstanden. Diese Studie unterstreicht die Stärke dieser Aminosäure-Isotopentechnik, um Umweltveränderungen durch tierisches Gewebe zu verfolgen, sagt Seth Newsome, ein Tierökologe an der Universität von Albuquerque in New Mexico, der nicht an der Studie beteiligt war. Die Technik wird immer beliebter, weil sie sowohl Ernährungs- als auch Baseline-Veränderungen im Nahrungsnetz aus demselben Gewebe feststellen kann, sagt er. «Dieser 80-jährige Datensatz ist nur ein Teil eines viel längeren Wandels», sagte McMahon. Das Team plant, weiter in die Vergangenheit zu schauen. Ausgrabungen haben Pinguin-Eierschalen zu Tage gefördert, die bis zu 10 000 Jahre alt sind und eine viel längere Geschichte zu erzählen haben.

Quelle: British Antarctic Survey (BAS)