Walkotproben bringen Erwärmung der Ozeane mit steigenden Algentoxinen in arktischen Gewässern in Verbindung

© WHOI

Steigende Giftstoffwerte in Grönlandwalen, die von den Ureinwohnern Alaskas zur Selbstversorgung gefangen werden, deuten darauf hin, dass die Erwärmung der Ozeane zu höheren Konzentrationen von Algengiften in den Nahrungsnetzen der Arktis führt. Dies geht aus einer neuen Studie hervor, die in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht wurde.

Forscher der Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) waren an der mehrjährigen, institutionenübergreifenden Studie beteiligt, die sich mit diesem kritischen Problem befasste. Es bedroht die Ernährungssicherheit von Küstengemeinden, deren Nahrungs- und Ressourcenerhaltung auf Meereslebewesen wie Muscheln, Fische und Wale angewiesen ist. Gemeinden in Alaska bitten nun Forscher um Hilfe bei der Erforschung und Überwachung des Auftretens von Algentoxinen in den arktischen Ökosystemen, von denen sie abhängig sind.

„Die einheimischen Gemeinschaften kennen die Ökosysteme, auf die sie angewiesen sind, genau und gehörten zu den Ersten, die die Auswirkungen der Erwärmung erkannten“, sagte Raphaela Stimmelmayr, Wildtierärztin im North Slope Borough in Barrow, Alaska, und Mitautorin der neuen Studie. Sie sagte, die Gemeinschaften bräuchten nun zuverlässige Instrumente wie Feldtests, um traditionelle Lebensmittel in Echtzeit auf Algentoxine testen zu können. Diese Tests sowie Informationen aus Überwachungsprogrammen und -instrumenten helfen ihnen zudem, fundierte Entscheidungen darüber zu treffen, ob die Meeressäuger oder andere Meerestiere – wie Muscheln, Fische und Vögel – unbedenklich zum Verzehr geeignet sind.

„Es ist sehr schwierig, auf Ressourcen zu verzichten, die sie brauchen und auf die sie seit jeher angewiesen sind“, sagte sie.

Kathi Lefebvre, Wissenschaftlerin am Northwest Fisheries Science Center der NOAA Fisheries in Seattle und Hauptautorin der neuen Studie, leitet auch das Wildlife Algal-toxin Research and Response Network für die US-Westküste . Dieser Zusammenschluss von Behörden und Institutionen sammelt Gewebeproben von Wildtieren aus dem Norden, von der Beaufortsee in Alaska bis nach Südkalifornien. Die Mitglieder schicken die Proben anschließend an ihr Labor in Seattle, um sie auf Algentoxine zu testen. Erste Arbeiten des Labors ergaben, dass viele Arten in Alaska Anzeichen einer Belastung aufwiesen, allerdings nicht in so hohen Konzentrationen, dass sie für die untersuchten Tiere als schädlich gelten würden.

Über zwei Jahrzehnte hinweg untersuchte das Labor regelmäßig Grönlandwale, die während der jährlichen Herbstjagd in der Beaufortsee vor der Nordküste Alaskas gefangen wurden. Die Wale filtern Meerwasser nach Nahrung und fressen Krill, das Algengifte enthält, die sie über ihr Nahrungsnetz aufgenommen haben. Das Forschungsteam erkannte, dass Stuhlproben der Wale Giftstoffe in der Meeresumwelt nachweisen könnten, von der die Wale abhängig sind.

„Niemand verfügte über einen solchen Datensatz“, sagte Lefebvre. „Anstatt jedes Jahr hinauszufahren und Proben aus der gesamten Meeresumwelt zu sammeln, haben die Wale das für uns getan. Ihre Proben geben uns einen Überblick über die Nahrungskette, die die Wale jedes Jahr aufnehmen.“

Nachdem das Team 205 Grönlandwale über einen Zeitraum von 19 Jahren (von 2004 bis 2022) untersucht hatte, entschied es, dass genügend Daten vorlagen, um nach Veränderungen im Laufe der Zeit zu suchen. Insbesondere wollten sie die Konzentrationen von Domoinsäure, die von der Meeresalge Pseudo-nitzschia produziert wird, und Saxitoxin, das von Alexandrium produziert wird, verfolgen.

Sie fanden Saxitoxin in mindestens der Hälfte bis 100 % der Grönlandwale, die über 19 Jahre hinweg jährlich beprobt wurden. Obwohl Domoinsäure weniger verbreitet war (in manchen Jahren wurde keine DA nachgewiesen), zeigt diese Studie erstmals, dass die Domoinsäurebelastung in arktischen Gewässern aufgrund der Erwärmung und des Meereisverlusts zunimmt.

Wissenschaftler nutzten Daten einer vom Arctic Observing Network der National Science Foundation finanzierten Messstation in der Beaufortsee, um die Giftstoffe der Grönlandwale mit den Umweltbedingungen zu vergleichen. „Es war ein Glücksfall, dass wir eine Langzeitverankerung in der Nähe der Walfütterungsstelle unterhalten konnten. Das bot uns die Möglichkeit, die Rolle der veränderten Strömung und Wassereigenschaften über diesen Zeitraum von zwei Jahrzehnten zu untersuchen“, sagte Bob Pickart, leitender Wissenschaftler des WHOI. Die Forscher fanden heraus, dass Perioden erhöhter Giftigkeit bei den Walen mit einem verstärkten Wärmefluss nach Norden einhergingen, der wiederum durch bestimmte Windmuster bedingt war.

Diese wärmeren Bedingungen begünstigen das Wachstum von HABs und korrelieren mit höheren Toxinkonzentrationen im Nahrungsnetz. Die atmosphärischen Bedingungen beeinflussen somit die Ozeanographie, die wiederum die HAB-Dynamik beeinflusst.

Sie nutzten außerdem Klimadaten, um die Grönlandwalproben mit Veränderungen des Meereises zu vergleichen. Meereis bedeckte früher weite Teile der Arktis, ist aber in den letzten Jahrzehnten stark zurückgegangen. Bei weniger Meereis erwärmt sich der Ozean schneller durch Sonnenlicht und Algen wachsen schneller. Jahre mit der stärksten Abnahme der Meereisbedeckung im Juni führten zu wärmerem Wasser im Juli. Dies erhöhte die Wahrscheinlichkeit von HABs und steigenden Toxinwerten bei den Walen. Wärmere Meeresbedingungen und Meereisverlust stehen im Zusammenhang mit höheren Toxinwerten im Nahrungsnetz.

Diese umfangreiche Forschung wurde durch jahrzehntelange Zusammenarbeit von Forschern aus Stammes-, Landes- und Bundesbehörden, akademischen Einrichtungen und privaten Organisationen ermöglicht. Die Arktisforschung ist am besten, wenn indigene und westliche Wissenschaftler zusammenarbeiten. Das Forschungsteam bestand aus Spezialisten für traditionelles arktisches ökologisches Wissen, Ozeanographie, Klimatologie, HABs, Nahrungsnetzökologie sowie Experten für Gesundheit und Ökologie von Grönlandwalen. Diese Forscher konnten einen Teil des arktischen HAB-Risikopuzzles ergänzen. Diese Studie bestätigt die Notwendigkeit einer kontinuierlichen und verstärkten Überwachung der HAB-Risiken für die Ernährungssicherheit und die Sicherheit der marinen Subsistenzressourcen, die von ländlichen Gemeinden in Alaska genutzt werden.