Quallenblüte - Jellyfish bloom
Quallenblüten sind ein erhebliches Wachstum der Population von Arten unter den Phyla Cnidaria (einschließlich verschiedener Arten von Quallen ) und Ctenophora (Kammquallen).
Blüten können natürlich als Folge von Ozean- und Windmustern, Ökosystemverschiebungen und Quallenverhalten auftreten, obwohl angenommen wird, dass ihr Auftreten in den letzten Jahrzehnten in küstennahen Regionen und flachen Meeren auf der ganzen Welt zugenommen hat. Veränderungen der Meeresbedingungen, einschließlich Eutrophierung , Hypoxie , steigende Meerestemperaturen und Küstenentwicklung, werden unter anderem als die Hauptursachen für die zunehmende Quallenblüte angesehen. Es ist wenig darüber bekannt, wie sich zukünftige Umweltbedingungen auf die Quallenblüte auswirken werden, obwohl dies ein wachsendes Forschungsgebiet ist.
Quallenblüten wirken sich erheblich auf die Zusammensetzung und Struktur der ökologischen Gemeinschaft aus, indem sie die verfügbare Beute für höhere Raubtiere reduzieren. Blüten verändern auch den Kohlenstoff-, Stickstoff- und Phosphorkreislauf erheblich und verlagern die Verfügbarkeit auf mikrobielle Gemeinschaften. Jüngste Blüte hat sich häufig mit mehreren Industrien überschnitten, verringerte den Fischereifang, verstopfte Fischernetze und Kraftwerksrohre und überwältigte beliebte Strandziele, die zu Schließungen führten.
Ursachen
Eine Quallenblüte ist definiert als eine erhebliche Zunahme einer Quallenpopulation innerhalb eines kurzen Zeitraums; das Ergebnis einer höheren Reproduktionsrate. Da Quallen von Natur aus eine hohe Reproduktionsrate aufweisen, können sowohl verhaltensbedingte als auch ökologische Ursachen zu Blüten mit hoher Dichte führen.
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Die Häufigkeit von Quallenblüten wird derzeit untersucht, um festzustellen, ob die globalen Trends zunehmen, wenn sich die Klimamuster ändern. Eutrophierung , Hypoxie , steigende globale Meerestemperaturen , Küstenentwicklung und Überfischung stehen im Verdacht, das Wachstum von Quallenpopulationen zu stimulieren. Eutrophierung zum Beispiel liefert einen Überschuss an Nährstoffen, was zu ungewöhnlich großen Algenblüten führt, die ein schnelles Wachstum der Quallenpopulation unterstützen. Algen, die nicht verzehrt werden, verfallen schließlich und werden von der mikrobiellen Gemeinschaft verzehrt, was zu Hypoxie führen kann. Quallen können hypoxische Bedingungen tolerieren, wo empfindlichere Arten dies nicht können. Kulturelle Eutrophierung und die zunehmende Hypoxie beispielsweise im Golf von Mexiko scheinen auch die Quallenpopulationen erhöht zu haben.
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Die Frühlings- und Sommermonate haben normalerweise mehr Quallenblüten, da die wärmeren Wassertemperaturen dazu führen, dass Quallen schneller geschlechtsreif werden. Die steigenden globalen Ozeantemperaturen können auch zu der Zunahme der Quallenpopulationen beitragen.
Die Überfischung von Quallenräubern befreit die Quallenpopulationen von der Kontrolle von oben nach unten. Zum Beispiel hat die verringerte Konkurrenz durch kleine pelagische Fische im Schwarzen Meer aufgrund der Fischerei zu einer offensichtlichen Zunahme der Polypenvermehrung geführt, dem frühesten Entwicklungsstadium von Quallen.
Die Küstenentwicklung hat auch zu physischen Veränderungen in den Küstenökosystemen geführt, die ein schnelles Quallenwachstum begünstigen. Harte Strukturen bieten mehr Platz für Quallenpolypen zum Anhaften und Entwickeln. Schwimmende künstliche Strukturen vergrößern den beschatteten Substratbereich Quallenpolypen gedeihen gut. In einer Untersuchung wurden zwischen 10.000 und 100.000 Quallenpolypen pro Quadratmeter direkt oder indirekt an künstlichen Strukturen befestigt. Sowohl eine erhöhte Substrat- als auch Stickstoffkonzentration in Häfen begünstigen höhere Populationsdichten von Polypen. Quallen gedeihen auch in gedämmten Gebieten, da sie toleranter gegenüber wechselndem Salzgehalt sind.
Ökologische Auswirkungen
Nahrungsnetzeffekte
Ein Boom bei Quallenpopulationen kann erhebliche Auswirkungen auf die Nahrungsnetzstruktur über trophische Ebenen hinweg haben . Einige Arten von fleischfressenden Quallen konsumieren aktiv Ichthyoplankton , Fischeier und Larven. Die Fähigkeit von Quallen zu konsumieren Ichthyoplankton wird durch eine Reihe von Eigenschaften beeinflusst , einschließlich: Tentakel Morphologie, Art der cnidarian Nematozyste , Raten von Begegnungen, die Größe der Räuber, Schwimmen-while-Fressverhalten und Beute physikalischen Eigenschaften. Fischeier und kleine Larven sind eine ideale Beute für fleischfressende Quallen und andere Raubtiere, da sie eine geringe Fluchtfähigkeit haben und im Vergleich zu anderem Zooplankton größer sind . Die Entfernung konkurrenzfähiger Raubfische aufgrund von Überfischung hat zu einem geringeren Wettbewerb um die Nahrungsressourcen von Quallen geführt. Während einer Quallenblüte können Ichthyoplankton, Krustentier- Zooplankton (zB Copepoden und Krill ) und kleinere Medusen stärker verzehrt werden. Einige Studien haben gezeigt, dass Quallen andere Raubtiere in einer Blüte übertreffen können. Zum Beispiel in der 1999 Chrysaora melanaster Blüte in der Beringsee , Brodeur et al. fanden heraus, dass die Blüte ungefähr 32 % des gesamten Zooplanktonbestands verbraucht hatte, was fast 5 % der jährlichen Sekundärproduktion der Region ausmachte. Unter Bedingungen ohne Blüte betrug der Zooplanktonverbrauch von Quallen <1 % des jährlichen Zooplanktonbestands.
Wichtig ist, dass Quallenblüten nicht immer direkt zur Erschöpfung von Zooplankton und anderen konkurrierenden mitteltrophischen Arten führen. Quallenblüten können eine kompliziertere Rolle bei der Dynamik des Nahrungsnetzes und der allgemeinen Gesundheit der Mündung spielen. Im Fall der Chesapeake Bay dienten Seenesseln ( Chrysaora quinquecirrha ) als dominante Top-Down-Kontrolle innerhalb des Mündungsökosystems und waren eng mit Austernpopulationen verbunden . Die saisonale Blüte der Meernessel war teilweise von der Austernpopulation abhängig, da Austern das umfangreichste harte Substrat in der Chesapeake Bay lieferten , was für das Polypenstadium der Meernesselentwicklung entscheidend war. Als die Meernesselpopulation abnahm, wurde die Top-Down-Kontrolle auf Ctenophoren (Mnemiopsis leidyi ) im Wesentlichen entfernt, was eine Zunahme der Ctenophoren ermöglichte, was zu einer erhöhten Ctenophor-Prädation auf Austernlarven und Icthyoplankton führte. Dies verschlimmerte letztendlich den Rückgang sowohl der Meernessel- als auch der Austernpopulationen.
Eine Zunahme der Quallenprädation auf Zooplankton während der Blüte kann auch die trophischen Pfade verändern . Die Aufnahme durch kleines und großes gallertartiges Zooplankton unterbricht den Energietransfer der Zooplanktonproduktion in die oberen trophischen Ebenen. Da Quallen nur wenige Feinde haben (große pelagische Fische und Meeresschildkröten ), wird die Quallenproduktion nicht effizient auf höhere trophische Ebenen übertragen und kann zu einer "trophischen Sackgasse" werden.
Auswirkungen auf biochemische Prozesse
Quallenblüten können den elementaren Kreislauf von Kohlenstoff (C), Stickstoff (N) und Phosphor (P) im Ozean verändern. Wenn die Quallenpopulationen zunehmen, verbrauchen sie organisches Material, das C, N und P enthält, und werden zu einer Nettosenke für organische Verbindungen. Quallen können daher durch ihr schnelles Wachstum das für andere Organismen verfügbare organische Material reduzieren. Da ihre gallertartigen Körper nicht von vielen Organismen mit höherer trophischer Ebene verzehrt werden, begrenzen Quallen den trophischen Transfer von Energie und C, N und P in der Nahrungskette und verlagern stattdessen den trophischen Transfer auf die mikrobielle Gemeinschaft .
Quallen können während der Blütezeit einer der größten Biomassespeicher in der pelagischen Gemeinschaft sein; Dies macht sie zu einer wichtigen Quelle für organisches C, N und P. Große Quallenpopulationen mobilisieren auch anorganisches C, N und P, indem sie sich in verschiedene Regionen bewegen und sie durch Ausscheidung , Schleimproduktion oder Zersetzung abgeben . Wie sich Quallenblüten auf ihre Umgebung auswirken, hängt davon ab, ob sie die symbiotischen Algen namens Zooxanthellen besitzen . Quallen mit Zooxanthellen erhalten organisches C, N und P durch Translokation von ihrem Symbionten, indem sie anorganische Nährstoffe durch Photosynthese aufnehmen. Zooxanthellen geben Quallen einen Vorteil, wenn organisches Material knapp ist, indem sie ihre eigenen Nährstoffe produzieren und auch Konkurrenz mit Primärproduzenten schaffen . Zooxanthellate Quallen transportieren auch anorganisches N und P zurück zu ihren Symbionten, anstatt es ins Wasser auszuscheiden. Alternativ sind Quallen ohne Zooxanthellen heterotroph und erwerben den größten Teil ihres C, N und P durch die Aufnahme von Zooplankton . Nachdem sie Zooplankton konsumiert haben, geben diese Quallen gelöste organische und anorganische Formen von C, N und P wieder an die Umwelt ab. Nicht-Zooxanthellat-Quallen scheiden Ammonium und Phosphat aus, die für die Primärproduktion notwendig sind, und einige Schätzungen deuten darauf hin, dass sie in einigen Systemen die zweitwichtigste Quelle dieser Nährstoffe nach der Verwitterung sind .
Quallen produzieren Schleim, der reich an organischem C und N ist, der von mikrobiellen Gemeinschaften konsumiert wird. Das Verhältnis von C:N im Schleim hängt von Spezies und symbiotischen Beziehungen ab . Der von Zooxanthellaten-Quallen produzierte Schleim enthält weniger organische N als Nicht-Zooxanthellat-Arten. Alternativ haben Nicht-Zooxanthellat-Quallen niedrige C:N-Verhältnisse, was die Bakterienwachstumseffizienz verringert und die Gemeinschaft in Richtung eines von der Atmung dominierten und nicht von der Produktion dominierten Systems verschiebt.
Quallenblüten sind im Allgemeinen kurzlebig, kollabieren aufgrund von Nahrungsbeschränkungen, Änderungen der Wassertemperatur oder des Sauerstoffgehalts oder schließen ihren Lebenszyklus ab. Der Tod, das Sinken und die Zersetzung von Quallen erfolgt schnell und führt zu einer Massenfreisetzung von gelösten und partikulären, organischen und anorganischen Stoffen in der Wassersäule oder im Meeresboden, die eine bedeutende Nahrungsquelle für die mikrobielle Gemeinschaft darstellen. Die Sink- und Zersetzungsraten von Quallen können je nach Wassertemperatur und -tiefe variieren. Einige Quallen zersetzen sich, bevor sie den Meeresboden erreichen, und geben organisches Material in die Wassersäule ab. Andere fallen zu Boden und zersetzen sich dann, wodurch das Sediment mit organischer Substanz angereichert wird. In beiden Szenarien wird die organische Substanz der Quallen von der Bakteriengemeinschaft verbraucht, die gleichzeitig den verfügbaren Sauerstoff reduziert und manchmal zur Hypoxie beiträgt . In einigen Fällen sind die Gelee-Fälle für den Verzehr zu groß und organisches Material sammelt sich am Meeresboden an, wodurch eine physikalische Barriere für Diffusionsmechanismen entsteht, die den Sauerstofftransport in die Sedimente reduziert. Das Ergebnis ist eine Zunahme von Ammonium im umgebenden Wasser durch bakterielle Remineralisation und eine Zunahme von Phosphat im Sediment durch sauerstoffarme Redoxreaktionen . Wenn die Zersetzung jedoch Zonen mit niedrigem Sauerstoffgehalt erzeugt, kann das Ammonium nicht durch die Primärproduktion verwendet werden. In ähnlicher Weise verlagern die durch die mikrobielle Atmung erzeugten sauerstoffarmen Zonen den Verbrauch weiter auf die Bakteriengemeinschaft (die meisten Makrofauna bevorzugen sauerstoffreiche Umgebungen), was wiederum die Energieübertragung auf höhere trophische Ebenen begrenzt.
Auswirkungen auf den Menschen
Angeln
Große Quallenblüten können den Fischereibetrieb stören, indem sie die Fangqualität verringern und die Fanggeräte überfordern. Quallenblüten können potenziell nachteilige Auswirkungen auf die Fischerei haben, indem sie die Rekrutierung von Fischlarven beeinträchtigen und wirtschaftlich bedeutende Fischarten verdrängen. In überfischten Fischereien kann dies die Erholung der Zielfischarten verhindern und zur Schaffung eines alternativen stabilen Zustands führen. Blüte fällt im Allgemeinen mit einem Rückgang des Fischfangs zusammen, was zu geringeren Gewinnen und weniger Arbeitsplätzen führt. Große Blüten können auch Fischernetze beeinträchtigen und die Ausrüstung überfordern. Diese Probleme haben zusammen mit zusätzlichem Treibstoffverbrauch und verlorenen Arbeitsstunden zu großen wirtschaftlichen Verlusten für die Fischereiflotten geführt (zB etwa 8 Mio. EUR pro Jahr für die italienische Adria-Flotte).
Im Gegensatz dazu könnten einige Blüten möglicherweise der kommerziellen Fischerei zugute kommen. Ein Beispiel findet sich in der Mündung der Chesapeake Bay, wo Hinweise darauf hindeuten, dass das Vorkommen von Meeresnesseln ( Chrysaora quinquecirpha ) einen positiven Einfluss auf die Austernpopulation hat. Wenn sie reichlich vorhanden sind, sind die Meeresnesseln wichtige Raubtiere von Ctenophores , gefräßigen Raubtieren, die mit Austern konkurrieren können. Die kommerzielle Ernte von Quallen hat in Südostasien zugenommen, hauptsächlich aufgrund der gestiegenen Nachfrage nach Quallen in einigen asiatischen Küchen. Die Quallenfischerei könnte eine Strategie zur Bekämpfung von Blüten sein, doch diese Fischerei ist immer noch klein und hat sich noch nicht auf Märkte außerhalb Asiens ausgeweitet.
Negative Auswirkungen der Quallenblüte sind auch in der Aquakulturindustrie zu spüren . Quallen finden gelegentlich ihren Weg in Seegehege in industriellen Fischfarmen und haben nachweislich Fische verletzt und getötet. Im Jahr 2011 meldete eine Fischfarm in Spanien einen Gewinnverlust von 50.000 € aufgrund des Fischsterbens infolge des Zustroms von Quallen in ihre Pferche. Selbst eine kurzfristige Exposition gegenüber Quallen kann in Fischfarmen extrem schädlich sein. Bei Zuchtlachs korrelierte die Exposition gegenüber Quallen mit potenziell tödlichen Kiemenschäden.
Industrie
Kraftwerke werden oft an Küsten gebaut und ziehen Meerwasser für industrielles Kühlwasser. Quallen können die Wasserzufuhr von Kraftwerken verstopfen, was die Energieproduktion verringern oder Abschaltungen verursachen kann. Während eine vollständige Stilllegung aufgrund von Quallenverstopfung ungewöhnlich ist, können Umsatzeinbußen erheblich sein. Schätzungen zufolge betragen die Einnahmeverluste während eines Shutdowns bis zu 5,5 Millionen indische Rupien (78.000 US-Dollar) pro Tag. Nicht alle Verstopfungen führen zu Stillständen, obwohl selbst geringfügige Einlassstörungen zu Umsatzeinbußen führen können. Es stehen einige Maßnahmen zur Verfügung, um quallenbedingte Unterbrechungen zu verhindern. Kraftwerke in Japan verwenden Blasenschleiervorrichtungen, die Luftblasen in der Nähe von Einlassventilen erzeugen, die die Quallen anheben, wodurch die Anzahl der in die Pumpen gesaugten Quallen reduziert wird.
Tourismus
In Küstengebieten, in denen der Tourismus allgegenwärtig ist, stellen Quallenblüten aufgrund von Strandschließungen und stechenden Schwimmern oft ein Risiko für Freizeitaktivitäten dar. Während der Blüte treten Quallenstiche viel häufiger auf. In Teilen des Mittelmeers ist das Problem sehr ausgeprägt. In der Mittelmeerstadt Solento, Italien, gab es beispielsweise zwischen 2007 und 2011 über 1.700 Stichvorfälle, die eine medizinische Behandlung erforderten. Stiche wurden häufiger gemeldet, wenn die Windbedingungen senkrecht zum Ufer wehten, was im Allgemeinen Quallen näher an Touristen brachte.
Obwohl Stiche und Strandschließungen den Tourismus beeinträchtigen können, hat die Einstellung zum Vorhandensein von Quallen möglicherweise keinen Einfluss auf das Verhalten. Eine Studie, bei der Strandbesucher in Israel befragt wurden, ergab, dass nur zwischen 3 und 10 % der Befragten sagten, dass Quallenblüten ein Grund dafür sind, dass sie einen Strandausflug absagen. Die Einstellungen unterschieden sich zwischen hypothetischen und tatsächlichen Blüten. Die Menschen sagten eher, dass sie den Strand vor einem Ausbruch meiden würden, aber während der Ausbrüche gaben die Befragten etwa doppelt so häufig an, dass sie trotzdem ins Wasser gehen würden. Dies deutet darauf hin, dass Quallenblüten in einigen Fällen eher eine Unannehmlichkeit als ein erhebliches Hindernis für die Erholung darstellen. Dennoch sagen Modelle voraus, dass anhaltende jährliche Quallenblüten jährlich zu 1,8–6,2 Millionen € Tourismusverlusten beitragen könnten.
Wissenschaftliche Artikel, die abnormale Quallenblüten unterstützen, sind für Mainstream-Medien attraktiver und führen zu einer Dramatisierung von Quallenblütenereignissen in der Öffentlichkeit. Diese unverhältnismäßige Berichterstattung über Blüteereignisse verändert die öffentliche Wahrnehmung des Vorkommens von Quallen, was zu Auswirkungen auf den Tourismus führen könnte.
Historische Aufzeichnungen
Paläontologische
Bereits vor 540 Millionen Jahren während des frühen Kambriums wurden verschiedene Arten von Quallenpopulationen in Fossilien nachgewiesen . Andere Beweise wurden aus dem mittleren bis späten Kambrium (520–540 Mio. Jahren) und der Neogenzeit (20–30 Mio. Jahren) gefunden. Die weiche Anatomie von Quallen macht Versteinerungen selten, was eine Herausforderung darstellt, den historischen Blütenreichtum nachzubilden. Die meisten erhaltenen Fossilien der Quallenblüte stammen aus dem Kambrium, wahrscheinlich aufgrund der Fülle an Meereslebewesen und des Mangels an terrestrischen Aasfressern während dieser Zeit.
Modern
Globale Daten zu Quallenpopulationen erstrecken sich zwischen 1940 und 2011 und zeigen, dass die globalen Quallenpopulationen oszillieren und alle 20 Jahre ein periodisches Maximum erreichen. Allerdings scheint es ab den 1970er Jahren einen kleinen linearen Anstieg der Quallenabundanz zu geben. Die Quallenblüte hat vor allem in Japan, dem Nordatlantischen Schelf, Dänemark, dem Mittelmeer und der Barentssee zugenommen. Es gibt jedoch auch mehrere Beispiele, bei denen die Quallenpopulationen in Gebieten, die stark vom Menschen betroffen sind, abnehmen.
Es ist schwer zu erkennen, wie sich die Quallenblüte durch sich ändernde Umweltbedingungen beeinflusst. Einige Studien weisen darauf hin, dass Klimaänderungen die Phänologie von Quallen verändern und zeitliche Verschiebungen der Blüteereignisse verursachen. In Zukunft wird viel Forschung auch die Auswirkungen kurz- und langfristiger Umwelt- und Klimabelastungen auf den Quallenbestand untersuchen.
Herausforderungen bei der Datenerfassung
Herausforderungen bei der Erkennung von Quallenblütentrends ergeben sich teilweise aus dem Fehlen von Langzeitdatensätzen. Dieser Mangel an Daten hemmt auch die Fähigkeit der Forscher, zwischen Schwankungen der Quallenblüte zu unterscheiden, die durch natürliche und anthropogene Einflüsse verursacht werden. Eine Überprüfung zeigte, dass es in 28 der 45 großen Meeresökosysteme weltweit steigende Tendenzen beim Vorkommen von Quallen gab . Die Überprüfung weist jedoch auf die Grenzen ihrer Analysen hin, da keine wesentlichen Zeitreihendaten verfügbar sind. Andere Studien widerlegen die Vorstellung, dass die globalen Quallenpopulationen überhaupt zunehmen; sie geben an, dass diese Variationen einfach Teil der großräumigen Klima- und Ökosystemprozesse sind. Der Mangel an Daten wurde als Mangel an Blüten interpretiert.
Eine zusätzliche Schwierigkeit bei der Untersuchung der Blütendynamik von Quallen besteht darin, zu verstehen, wie sich die Populationen sowohl im Polypen- als auch im Medusen- Lebensstadium einer Qualle verändern. Medusen sind für Forscher aufgrund ihrer Größe und Präsenz im Wasser viel einfacher zu verfolgen und zu beobachten. Die Ökologie des Polypen-Lebensstadiums ist jedoch bei den meisten Quallenarten nicht gut verstanden. Viele Polypen sind aufgrund ihrer Zerbrechlichkeit schwer zu beproben. Es wurde gefordert, dass sich zukünftige Forschungen auf die Ökologie sowohl der Medusen- als auch der Polypen-Lebensstadien konzentrieren, um die Blütendynamik während der gesamten Lebensspanne der Organismen besser zu verstehen.