Homestory mit Eisbären

In der aktuellen Ausgabe von «Science» ist ein bemerkenswertes Paper über Eisbären erschienen. Forscher um Anthony Pagano vom US Geological Survey  haben untersucht, wie viel Energie Eisbären verbrauchen. Darüber gab es bisher nur Schätzungen.

Die Forscher haben auf dem Meereis vor Prudhoe Bay, Nordalaska, elf Eisbären gefangen, betäubt und ihnen einen harmlosen Stoff ins Blut injiziert, mit dem sich später der Energieumsatz bestimmen liess. Zur selben Zeit haben sie den Bären Kameras an einem Halsband umgelegt. So konnten sie sehen, wie sich die Bären fortbewegen, wie oft sie schwimmen oder ruhen – und wie oft sie fressen.

Die Kameras haben einen coolen Einblick ins Leben der Eisbären geliefert (Credit: USGS und Polar Bears International):

Nach acht bis elf Tagen haben die Forscher die Eisbären wieder gefangen, eine Blutprobe entnommen, sie gewogen, und die Kameras geborgen. Die Messungen ergeben ein beunruhigendes Bild: Fünf von neun Eisbären haben in der Messperiode abgenommen, obwohl es Frühling war und damit eigentlich eine gute Jagdzeit.

Eisbären können fasten, wenn ihnen das Jagdglück nicht hold ist, aber die Stoffwechseltests zeigten: Ihr Energieverbrauch ist 1.6 mal höher als bisher gedacht. Wenn das Meereis weiter zurückgeht, wird die Jagd auf Robben schwieriger, und die Fortbewegung auf dem fragmentierten Eis und schwimmend im Wasser verbraucht noch mehr Energie. Dies wird die Eisbären weiter unter Druck setzen.

Eisbären brauchen soviel Energie, dass sie ihren Bedarf fast ausschliesslich über Robben decken können, weil diese von einer enorm energiereichen Fettschicht eingehüllt sind.

Ein anderes Paper, das vor kurzem erschienen ist, hat untersucht, woher die Nahrung der Eisbären letztlich kommt, was also am Beginn der Nahrungskette steht. Thomas A. Brown und seine Kolleginnen und Kollegen haben herausgefunden: am Ursprung liegen Algen, die im Meereis leben – und nicht etwa solche, die im freien Wasser schwimmen.

Das können die Forscher sagen, weil sie im Lebergewebe von Eisbären einen Überhang von charakteristischen Fetten der Meereis-Algen gefunden haben. Das zeigt: das Schicksal der Eisbären ist sehr eng mit dem Meereis verbunden.

Wer im November diesen Blog etwas verfolgt hat, als ich von der Forschungsfahrt des norwegischen Forschungsschiffs «Helmer Hanssen» um Spitzbergen berichtet habe, weiss: die Meereisalgen standen im Fokus der Fahrt und sie sind quasi die Lieblingspflanzen von Rolf Gradinger, dem Leiter der Fahrt.

Enorm lichtempfindlich

Wer in diesem Blog den einen oder anderen Beitrag über die Forschungsfahrt der «Helmer Hanssen» gelesen oder gehört hat, weiss: Oft machten die Forscherinnen und Forscher die Bordlichter aus, bevor sie das Schiff an eine neue Stelle manövrierten, um eine Plankton-Probe zu nehmen.

Als ich dies das erste Mal sah, fragte ich nach dem Grund. Raphaelle Descoteaux erklärte es: Forscherkollegen hätten herausgefunden, dass die Planktonwesen in der Polarnacht derart lichtempfindlich sind, dass sie sofort verschwinden, wenn das beleuchtete Schiff sich nähert.

Jørgen Berge (r) und Geir Johnsen locken im Januar 2017 am Pier von Ny-Ålesund mit künstlichem Licht Plankton an. Quelle: O.M. Rapp/AAAS

Heute ist nun in der Zeitschrift «Science Advances» das Paper erschienen, das diese Beobachtungen beschreibt: «Use of an Autonomous Surface Vehicle reveals small-scale diel vertical migrations of zooplankton and susceptibility to light pollution under low solar irradiance». Die Forscher berichten darin, dass die Schiffsbeleuchtung der «Helmer Hanssen» das Plankton in einem Umkreis von bis zu 190 Metern vertreibe.

Einer der Autoren des Papers ist Jørgen Berge von der Universität Tromsø. Er ist eine der treibenden Kräfte hinter der Erforschung des biologischen Treibens in der Polarnacht – und einer der Mitentdecker des Phänomens. Ich habe ihn im Mai 2017 getroffen, als ich nach dem Besuch im arktischen Forscherdorf Ny-Ålesund einen Tag in Tromsø verbracht habe, um Interviews zu führen.

Jørgen hat mir damals erzählt, welcher Zufall zur Entdeckung geführt hat, dass die Polarnacht von biologischer Aktivität erfüllt ist. Aus diesem faszinierenden Interview habe ich einen Beitrag gemacht, der am letzten Wochenende im Wissenschaftsmagazin SRF gesendet worden ist.

Lichterfest im Polarmeer

 

Bei srf.ch ist jetzt ein längerer Artikel über die Expedition der «Helmer Hanssen» aufgeschaltet. Er erzählt von den wissenschaftlichen Zielen und ersten Resultaten, von leuchtenden Kreaturen und anderen polaren Phänomenen, aber auch vom Alltag an Bord.

Dazu ein Stück über die Arktis-Expeditionen von früher: die Drift der «Fram», die Katastrophe der «USS Jeannette» oder Salomon Andrées tragische Ballonfahrt.

 

Am 29. Dezember gibt’s dann in der Sendereihe Passage 2 auf Radio SRF2 Kultur die Synthese davon: eine Stunde Radio-Feature über die magische Anziehungskraft von «Nacht und Eis».

 

Polardorsche im Radio

Über neue Abenteuer in der Polarnacht kann ich nicht mehr berichten, die Fahrt ist ja vorbei. Aber die Nachlese hat begonnen:

1. Die Polardorsche der «Fish Girls» sind durch das Programm von Schweizer Radio SRF geschwommen, im «Echo der Zeit».
2. «Tonreisen» von SRF4 hat die Polardorsch-Reportage gebracht, dazu jene von vorletzter Woche über die Planktonuntersuchungen, ergänzt mit einem Gespräch mit mir, in dem ich einzelne Themen vertiefen und über den Alltag an Bord der «Helmer Hansen» berichten durfte. Danke, Barbara Büttner, Moderatorin und Produzentin der «Tonreisen».
3. habe ich eine Foto-Galerie von der Reise hochgeladen.

Und nun arbeite ich am Feature in «In Nacht und Eis», das die Forschungsreise der «Helmer Hanssen» an denen von Fridtjof Nansen, George W. DeLong und Salomon August Andrée spiegelt. Unbekannt die Herren? Zuhören am 29. Dezember 2017 auf Radio SRF2 Kultur.

Kleine wissenschaftliche Flaschenpost zum Abschluss der Expedition

«For the purpose, not only of ascertaining the set of the currents in the Arctic Seas, but also of affording more frequent chances of hearing of your progress, we desire that you do frequently, after you shall have passed the latitude of 75° north, and once every day, when you shall be in an ascertained current, throw overboard a bottle, closely sealed, and containing a paper stating the date and position at which it is launched; […] and, for this purpose, we have caused each ship to be supplied with papers on which is printed, in several languages, a request that whoever may find it should take measures for transmitting it to this office.»

In Stellvertretung des Prinzregenten des Vereinigten Königreichs gab eine Kommission im Jahre 1818 Kapitän David Buchan die oben stehende Anweisung. Buchan hatte den simplen Auftrag, mit dem Schiff vom Nordatlantik via Nordpol in den Pazifik zu fahren. Weil aber die königliche Hoheit und seine wissenschaftlicher Berater doch ahnten, dass das vielleicht nicht gelingen könnte, gaben sie Buchan die Anweisung, täglich eine Flaschenpost mit seiner Positionsangabe ins Meer zu werfen.

Nun, wir sind guten Mutes morgen heil in Tromsø anzukommen (um 10:26 prophezeit der Bordcomputer), trotzdem schicken wir per Internet eine kleine Flaschenpost ab, in der Expeditionsleiter Rolf Gradinger die wichtigsten Ergebnisse der Fahrt durchgibt – oder zumindest jene, die schon feststehen (von mir aufgezeichnet):

«1. Wir fanden auf der Westseite Spitzbergens noch auf über 80° Nord sehr warmes Wasser aus dem Atlantik – bis 4° Grad warm. Es hat also auch diesen November einen grossen Wärmetransport vom Atlantik in nördliche Gewässer gegeben. Wahrscheinlich beginnt das Meer erst einen Monat später zu gefrieren als früher.

2. Wir haben grosse Unterschiede gesehen zwischen den warmen Gewässern westlich von Spitzbergen und den kalten östlich davon. Im kalten Wasser sind wir auf viele Jugendstadien von Bodenorganismen gestossen, den Larven von Seeigeln, Seegurken und Muscheln. Die Planktonkrebschen (Copepoden) waren sehr aktiv, wir haben auch Männchen von Ruderfusskrebschen gefunden. Das weisst darauf hin, dass der November für die Fortpflanzung dieser Arten sehr wichtig ist. Das hat mich überrascht. Der dunkle Winter scheint für die Organismen in den kalten Gewässer noch viel wichtiger zu sein, als für jene in den wärmeren auf der Westseite.

3. Zusammengenommen ergibt das ein bedenkliches Szenario für die Zukunft, in dem die Kaltwasserarten doppelt unter Druck kommen könnten: Durch immer wärmeres Wasser, das sie in der Entwicklung behindert. Und durch einen Einstrom von atlantischen Arten, die mit dem Warmwasser nach Norden kommen und dort dank der Wärme sich immer besser durchsetzen können.»

Rolf Gradinger ist Spezialist für Algen, die im Meereis leben. Und so bin ich ungemein stolz, dass ich etwas für ihn Neues in diesem Feld entdeckt habe – und zwar im Expeditionsbericht von Salomon August Andrée. Andrée startete im Juli 1897 mit einem Ballon von der Insel Danskøya im Norden des Archipels Spitzbergen und wollte damit den Nordpol erreichen. Die Fahrt dauerte nur drei Tage, dann mussten Andrée und seine zwei Begleiter auf dem Meereis notlanden.

Die nächsten zweieinhalb Monate kämpften sie sich über Packeis, um eine Insel zu erreichen. Das gelang ihnen sogar, am 5. Oktober 1897 erreichten sie das unwirtliche Gletschereiland Weisse Insel. Doch davon erfuhr die Welt erst 33 Jahre später, als dort ihr letztes Lager samt ihren sterblichen Überresten zufällig entdeckt wurde. Gefunden wurden auch Tage- und Logbücher der drei Männer.

In einem schrieb Andrée, dass sein Kollege Nils Strindberg auf die Idee gekommen war, eine Suppe zu machen aus den Algen, die sie an den Rändern des Eises entdeckt hatten. Sie fertigten auch einen Kuchen aus diesen Algen, Hefe und einem Ingredienz namens «Mellin’s Food». Beides habe exzellent geklappt, schrieb Andrée und fuhr fort: «Die Meergemüse-Suppe sollte als wichtige Entdeckung für Arktisreisende angesehen werden.»

Leider hat die Suppe den Männern nicht das Leben gerettet. Nach Auswertung der gefundenen Notizen und den Spuren vermuteten die Wissenschaftler 1930, dass die drei Polreisenden zu wenig warme Kleider dabei hatten und im beginnenden Polarwinter erfroren waren.

 

Mehr vom Polardorsch

Den meisten Polardorschen in den grossen Becken auf dem Deck geht es gut. Sie bekommen über eine Schlauchleitung ständig frisches Meerwasser. Wichtig ist vor allem, dass es schön kalt bleibt, am besten um die Null Grad oder kälter, bei 3-4 Grad ist den Polardorschen schon zu warm.

Fischtank auf Deck. Der fahl-rosa „Blob“ in der Mitte ist ein Spitzschwänziger Scheibenbauch. Der englische Name passt optisch besser: Meeres-Kaulquappe.

Obwohl sich Morgan Bender und Julia Gossa hingebungsvoll um die Fische kümmern, die Becken mindestens zweistündlich kontrollieren – sterben trotzdem einzelne Tiere. Doch keines soll vergebens geopfert werden. Die toten Fische werden seziert, um mehr über die Polardorsche zu erfahren.

Morgan Bender seziert einen Polardorsch.

Schon eine grobe Bestandesaufnahme offenbart einen interessanten Lebenswandel. Polardorsche haben riesige Lebern. Bei einem 20 Gramm schweren Fisch kann sie gut und gerne 3-4 Gramm schwer sein. «Die Polardorsche speichern ihr Fett in der Leber», erklärt Bender. Fett ist Energie, und Energie ist wertvoll in der harschen Arktis.

Augenscheinlich steht beim Polardorsch die Leber mit den Geschlechtsorganen im Wettbewerb. Die Sektionen zeigen: Ist ein männlicher Polardorsch in Stimmung, wachsen die Hoden auf Kosten der Leber – und zwar kräftig. Dann bringen die Hoden etwa sieben Gramm auf die Waage und die Leber vielleicht 2-3 Gramm. Die Prioritäten des Polardorschs sind klar.

Im Fischlabor steht noch ein schwarzer Eimer mit einem kleinen Zoo. Es sind ein paar Meeresbewohner, die wie die Polardorsche ins Schleppnetz geraten sind und es überlebt haben. Bender und Gossa umhegen auch sie und hoffen, vor der Rückfahrt eine Gelegenheit zu finden, sie wieder dem Meer zurückzugeben. Mein Favorit ist ein kleiner Octopus:

 

Auch Pilze und Bakterien mögen die Arktis

Bisher war von Fischen die Rede, von Krebschen, von Plankton. Aber auch Pilze, Bakterien und Viren haben ihre Fans auf der «Helmer Hanssen». Das ist verdient, vermutlich leben mehr Arten von ihnen hier im hohen Norden als von den anderen Organismen, betonen ihre Liebhaber an Bord und fügen hinzu: Aber natürlich sind sie krass untererforscht.

Wie sammelt man die Mikroben und Viren? Brandon Hassett hat dafür eine Falle auf dem Vorderdeck aufgestellt. Eine Windfahne sorgt dafür, dass ihr Einlass im Wind bleibt und fleissig sammelt, was dahergeflogen kommt. Ein Filter fängt die Luftreisenden auf. Hassett ist vor allem an Pilzen interessiert.

Brandon Hassett und die Mikrobenfalle auf dem Vordeck.

Als die See etwas schwerer geworden ist, sprühte Gischt bis aufs Deck. Der Kapitän hat es von der Brücke aus gesehen und Hassett gewarnt, so dass er sie in Sicherheit bringen konnte. Normalerweise ist die Falle übrigens im warmen Texas im Einsatz. Sie erlebt also gerade eine Luftveränderung.

Hassett fahndet auch im Meerwasser, das regelmässig aus verschiedenen Tiefen heraufgeholt wird, nach Pilzen und Bakterien – und in den toten Tieren, die ihm die Mitforscherinnen und Mitforscher an Bord überlassen. In der letzten Nacht, zum Beispiel, hat er einen Seestern seziert, um an die Mikroben im Magen zu kommen.

Im Labor in Tromsø wird Hassett von den Filtern und den anderen Proben das Erbgut einsammeln, entschlüsseln und mit bekannten Erbgutsequenzen vergleichen. So bekommt er eine Ahnung, wen er da von 80 Grad N mitgebracht hat. Unbekannte Sequenzen sind ein Hinweis darauf, dass Hassett eine bisher unbekannte Spezies ins Netz gegangen ist.

Von der Ordnung der Natur über das Chaos zur Ordnung des Menschen

Forschung könnte man als den Versuch des Menschen definieren, die Ordnung der Natur zu ergründen. Das klingt sinnvoll und irgendwie sauber. Die Realität auf einem Forschungsschiff sieht ein bisschen anders aus: der Begriff «Versuch» in der Definition trifft es besser als der Begriff «Ordnung».

Nehmen wir als Beispiel den Meeresboden. Einige Forscher an Bord würden gerne wissen, wer da lebt und wie die Tiefengemeinschaft ihre WG organisiert. Um diese Fragen beantworten zu können, muss man die Tiefseewesen an die Oberfläche bringen. Das, habe ich in den letzten Tagen gelernt, geht mit verschiedenen Methoden. Sie alle haben zwei Dinge gemeinsam: sie erfüllen ihre Aufgabe, und sie tun dies alle mehr oder minder brachial.

«Box Core».

Am schonendsten ist wohl die «Box-Core-Methode»: Die Forscherinnen und Forscher lassen an einem Seil ein Gestell in die Tiefe hinab, in dem eine Metallkiste steckt. Unten angekommen, zum Beispiel auf minus 150 Meter, wird die unten offene Box in den Schlick abgesenkt, der Boden geschlossen und die Fracht nach oben gebracht. Zum Ersten bleibt dabei die kleine Welt der Meeresbodenbewohner recht heil. Auf der intakten Schlammoberfläche ist sogar ein Seestern zu sehen.

Schlämmen und Filtern.

Aber dann greift die forschende Hand des Menschen ein: Die ganze Schlammmasse wird mit viel Wasser versetzt und gesiebt. Im Sieb bleiben die Tiere der Tiefe zurück, aber ihre WG ist brachial aufgelöst. Dieser Schritt geschieht bei der «Van Veen»-Methode schon gleich bei der Ernte am Meeresboden: Eine Baggerschaufel am Seil beisst sich ein Stück Meeresboden heraus.

Am meisten Meeresbodenwesen bringt die dritte Methode in die Polarnacht hoch – der «Beam Trawl». Ein Metallrahmen samt Netz wird für 5 Minuten über den Meeresboden geschleppt. Was dabei passiert, kann man sich vorstellen.

Raphaelle Descoteaux nutzt diese Methoden. Sie untersucht unter anderem, ob sich wegen der Klimaerwärmung bereits Arten aus wärmeren Regionen in der Arktis festgesetzt haben. Die Sorge: die Eindringlinge könnten die heimischen Arten verdrängen. Descoteaux ist sich der Zerstörung bewusst, die sie anrichtet. Sie bedauert das, aber ohne die Eingriffe keine Erkenntnis. Sie versucht, den Schaden möglichst zu reduzieren: «Wir halten den Trawl so kurz wie möglich», sagt sie.

Sortieren.

Das Chaos, das die Bergungsmethoden angerichtet haben, in die menschliche Ordnung zu überführen, ist harte Arbeit. Descoteaux und Eric Jordà Molina bergen Tausende von Wesen aus dem Schlamm, sortieren sie und bestimmen sie. In Zweifelsfällen muss ein Tier unters Mikroskop. Die beiden finden Seesterne, Muscheln, Krebschen, Spinnenartige, Würmer aller Art und vieles mehr.

Bestimmung unter dem Mikroskop.
Ordnung.

Verzeihung für die z.T. pixeligen Bilder. Die verfügbare Bandbreite lässt keine bessere Qualität zu.

 

Den «Fish Girls» gelingt der grosse Fang

Im letzten Eintrag war die Rede vom Polardorsch, den die zwei Forscherinnen Morgan Bender und Julia Gossa fangen wollen, um ihn im Labor zu untersuchen. Beim Halt gestern war den beiden «Fish Girls», wie sie auch genannt werden, kein Glück beschieden. Eine genaue Durchsicht der gefangenen Fische zeigte: kein einziger Polardorsch dabei.

Um Mitternacht sind wir beim nächsten Ort angekommen, an dem die Wissenschaftler ihre Untersuchungen machen. 24 Stunden bleibt das Schiff mehr oder weniger am selben Ort, und die Crew sammelt eine Vielzahl von Proben: mit Schleppnetzen, mit einer Art Baggerschaufel, die Schlamm vom Grund auf 150 Meter Tiefe heraufholt oder einer Konstruktion aus einem Seil und Röhren, die im Abstand von 50-60 Meter daran gehängt werden. Diese «Sediment Trap» fängt feinste Schwebeteilchen auf, die im Wasser nach unten sinken – Nahrung für das Kellergeschoss des Ozeans.

«Die Fish Girls» und ein Helfer sortieren den Fang.

Und diesmal waren Morgan Bender und Julia Gossa erfolgreich. In ihrem Schleppnetz waren fast nur Polardorsche – und das in einem guten Zustand, so dass die Forscherinnen sie gesund und munter nach Tromsø ins Labor bringen können. Der vermutliche Grund für den Polardorsch-Reichtum an diesem Ort: das Wasser ist mit ca. minus ein Grad deutlich kälter als am letzten Fangort. Und dies gefällt dem Polardorsch, diesem harten Kerl.

À propos harte Kerle – das sind nicht nur die arktischen Tiere, auch die Forscherinnen und Forscher sind hart im Nehmen. Expeditionen mit einem Forschungsschiff sind teuer, die Plätze sehr rar. Darum wird die Tour so kurz wie möglich geplant. Sobald das Schiff an einem Messort ankommt, jagt ein Experiment das nächste. Gearbeitet wird in höchst unregelmässiger Schicht, praktisch rund um die Uhr. Keine Forscherin, kein Forscher hat seit dem Start der Expedition vor 60 Stunden mehr als 5-6 Stunden geschlafen, manche nur 3-4, insgesamt. Seit gestern hat auch der Wind aufgefrischt, und so sind einige nicht nur sehr müde, sondern auch noch seekrank. Eine unangenehme Kombination.

Und noch sind 8 Tage zu bewältigen.