Muschelschalen enthüllen Klimageheimnisse Understand article

Übersetzt von Inci Aydin. Muschelschalen sind mehr als nur schöne Gegenstände: Sie helfen auch Wissenschaftlern, vergangene Klimaverhältnisse zu rekonstruieren.

Muschelschalen – der schützende Panzer von marinen Weichtieren – haben vieles mit Bäumen gemeinsam. Wenn Weichtiere wachsen, wachsen ihre Schalen mit, sodass ein Muster ähnlich wie Baumringe entsteht. Diese Ringe in Muschelschalen werden Zuwachsstreifen genannt und zeichnen Informationen über die Umgebung auf, in der der Organismus wuchs. Außerdem können Weichtiere, wie Bäume, lange leben, sodass sie Klimaaufzeichnungen über viele Jahre enthalten können.

Die Islandmuschel zum Beispiel kann bis zu 500 Jahre leben. Im Allgemeinen bewohnen die Bivalvia die Meere seit mehr als 500 Millionen Jahren und wurden in Sedimentgesteinen versteinert.

Bernd Schöne, ein Paläontologe an der Universität Mainz, spezialisiert sich auf Sklerochronologie (oder „Muschelschalenring-Forschung“), eine eher junge Disziplin, die ähnliche Methoden wie in der Baumring-Forschung nutzt. Bernd, der Muschelschalen seit 15 Jahren erforscht, bezeichnet sie „ein einzigartiges Klimaarchiv“. Er erklärt, dass die Art, wie Muschelschalen wachsen, variiere und von Umweltbedingungen wie Temperatur, Verfügbarkeit von Nahrung und dem Wasserzustand abhänge. Die Untersuchung von Muschelschalen gebe uns Hinweise darüber, welche Bedingungen in der Vergangenheit vorherrschten.

Umweltveränderungen rekonstruieren

Wie Zähne und Knochen sind Muschelschalen Kombinationsmaterialien, die aus Kalziumkarbonat (CaCO₃) und großen organischen Molekülen (Polymere), wie z.B. Proteine, bestehen. Kalziumkarbonat ist die anorganische Substanz, die sich in unseren Waschmaschinen und Wasserkochern in Form von Kalkablagerung ansammelt. In Muschelschalen liegt es als Kalzit oder Aragonit vor und bildet Kristalle, die die Weichtiere formen und mit den organischen Polymeren „zusammenkleben“. Während sie wachsen, fügen zweischalige Weichtiere Schichten dieser Mischung von Kalziumkarbonat und Polymere zu ihren Schalen hinzu.

Jedoch ist das Wachstum der Schale nicht gleichmäßig. Bernd erklärt: „Wenn Weichtiere begrenzte Nahrungsversorgung, veränderte Temperaturen oder Wasserqualität erfahren, verlangsamt das Schalenwachstum und es bildet sich eine Linie. Wenn sich die Bedingungen verbessern, wächst die Schale wieder.“ Das Ergebnis ist ein regelmäßiges Muster von Wachstumslinien (aufgrund von langsamem Wachstum) und Zuwüchse (aufgrund von schnellem Wachstum), das wie ein Kalender genutzt werden kann, um die Umweltveränderung zu rekonstruieren und zu datieren. Wenn das exakte Datum, an dem das Weichtier starb, bekannt ist, können Wissenschaftler zum Beispiel zurückzählen, um die anderen Linien zu datieren.

Ein anderer Weg, Umweltveränderungen von Muschelschalen abzuleiten, ist die Analyse ihrer chemischen Zusammensetzung. Sauerstoff hat drei Formen (Isotope): Sauerstoff-16, Sauerstoff-17 und Sauerstoff-18, die anhand der Anzahl der Neutronen im Kern bestimmt werden. In kaltem Wasser ist das Verhältnis von Sauerstoff-18 zu Sauerstoff-16 größer als in warmem Wasser, und der Sauerstoff-18 wird leichter in die Schalen aufgenommen als Sauerstoff-16. Indem sie die Verhältnisse zwischen Sauerstoffisotopen in einer Schale analysieren, können Wissenschaftler feststellen, welche Wassertemperaturen zu der Zeit herrschten als die Muschel wuchs.

Aber wie können Wissenschaftler erkennen, wann das war? Sie machen das, indem sie die Zuwüchse und Linien zählen, genauso wie das Alter eines Baumes anhand seiner Ringe bestimmt werden kann. Jedoch haben Muschelschalen einen Vorteil gegenüber Bäumen: Sie bilden täglich Ringe im Gegensatz zu den jährlichen Ringen von Bäumen. Dies ermöglicht ein detaillierteres Bild der Umweltbedingungen, die das Wachstum der Muschelschale beeinflussten. Da verschiedene Exemplare derselben Art die Umweltbedingungen auf gleiche Weise aufzeichnen, können die individuellen Aufzeichnungen zu einer Master-Chronologie klimatischer Ereignisse vereint werden. Dieser Kalender kann nicht nur dabei helfen, andere Umweltaufzeichnungen präziser zu machen, sondern er kann auch zurück in die Zeit erweitert werden, bevor die Menschen begannen, das Klima aufzuzeichnen. 

Indem sie Muschelschalen als Datensätze nutzten, konnten Bernd und sein Team das Klima der letzten 500 Jahre in der Nordatlantikregion rekonstruieren. Genauer gesagt, sie stellten fest, dass sich die Nordsee in den letzten 150 Jahren um 1 Grad Celsius erwärmt hat. Breiter, nutzte Bernd Exemplare von Arctica islandica, um zu messen, wie sich die Kohlenstoffdioxidspiegel und Temperaturen in den Weltmeeren vor Tausenden von Jahren veränderten, und so fand er klare Hinweise für extreme Wetterereignisse wie die Kleine Eiszeit (1300-1850), und Abweichungen in wiederkehrenden Wetterphänomenen wie El Niño.

Was bringt die Zukunft für Weichtiere?

Weichtiere können uns helfen, vergangene Klimaverhältnisse zu rekonstruieren, aber was ist mit einer Vorhersage der Evolution der Klimaänderung? Bernd weist darauf hin, dass Klimavorhersagen der Bereich von Klimatologen seien, aber die Untersuchung von vergangenem Muschelwachstum könne helfen, vorherzusagen, wie aktuelle und zukünftige Klimaveränderungen Schalen-bildende Tiere beeinflussen könnten. Da Schalenwachstum von sehr speziellen Umweltbedingungen abhängt, warnt Bernd davor, dass die Veränderung des Klimas „eine negative Wirkung auf die Fähigkeit dieser Tiere, ihre Schalen zu bilden, haben könnten.“

Zum Beispiel haben Bernd und seine Kollegen herausgefunden, dass Muschelwachstum und Wassertemperatur korrelieren. Er erklärt: „Jede Art ist an ihren eigenen, bestimmten Temperaturbereich angepasst: Der Stoffwechsel der Tiere funktioniert am besten innerhalb dieses Bereichs. Wenn die Temperaturen über oder unter diesem Bereich sind, hören ihre Schalen auf zu wachsen.“

Versauerung der Meere – die Abnahme des ozeanischen pH-Wertes durch das Auflösen von Kohlenstoffdioxid aus der Atmosphäre ist ein weiterer Faktor, der Weichtiere beeinflussen könnte. Bernd erklärt: „Der pH-Wert liegt zur Zeit bei 7.9 bis 8.0. Im Laufe des nächsten Jahrhunderts könnte er um 0.1 bis 0.3 Einheiten fallen.“ Wenn dieser Trend über einige Jahrhunderte andauert, würde das Wasser immer saurer werden, und manche Arten könnten Schwierigkeiten bekommen überhaupt Schalen zu bilden. Bernd sagt: „ Dies bedeutet nicht unbedingt, dass diese Tiere aussterben werden. Es ist zu früh, das zu sagen, weil Untersuchungen über die Wirkungen von verändertem pH-Wert auf Weichtiere noch selten und etwas widersprüchlich sind.“ Aber Klimaveränderungen könnten manche Arten gegenüber anderen begünstigen.

Auch wenn Weichtiere sehr empfindlich gegenüber Veränderungen in ihrer Umgebung sind, haben sie sich an alle Hauptumgebungen der Erde (Meer, Frischwasser, Land) angepasst und sind aktuell die zweitgrößte Gruppe der Invertebraten. Einige leben sogar in ungewöhnlich sauren Umgebungen wie ozeanische Vulkangebiete, und könnten Hinweise enthalten, wie man die Auswirkung der Versauerung der Meere in Zukunft mildern könnte.

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