ANN ARBOR – Asiatische Karpfen können in viel größeren Teilen des Michigansees überleben und wachsen als Wissenschaftler bisher glaubten und stellen ein hohes Risiko dar, sich dort zu etablieren, so eine neue Modellierungsstudie von Forschern der University of Michigan und ihren Kollegen.

Einige frühere Studien deuteten darauf hin, dass das geringe Nahrungsangebot im Michigansee ein Hindernis für die Ansiedlung von Großkopf- und Silberkarpfen sein könnte, die sich in der Regel von Algen und anderen Arten von Plankton ernähren. Großkopf- und Silberkarpfen sind die beiden asiatischen Karpfenarten, die für die Großen Seen die größte Gefahr darstellen.

In früheren Studien wurde jedoch nicht berücksichtigt, dass Großkopf- und Silberkarpfen opportunistische Fresser sind, die sich von einer Vielzahl von Nahrungsmitteln ernähren können, einschließlich toter organischer Stoffe, die als Detritus bezeichnet werden. Im Michigansee gehören zu den Detrituspartikeln auch die Resuspendierung der Fäkalpellets von unzähligen Quagga- und Zebramuscheln auf dem Seegrund.

Außerdem wurde in früheren Studien der potenzielle Lebensraum für Karpfen nicht mehr als einen Meter unter der Seeoberfläche untersucht.

Wenn die Flexibilität der Ernährung und der Lebensraum unter der Wasseroberfläche berücksichtigt werden, erhöht sich die Anzahl der geeigneten Lebensräume für den asiatischen Karpfen im Michigansee dramatisch, so der Hauptautor der Studie, Peter Alsip, der die Studie im Rahmen seiner Masterarbeit an der U-M’s School for Environment and Sustainability durchführte.

Zu bestimmten Jahreszeiten zeigte das Modell, dass der gesamte Michigansee, der eine Oberfläche von mehr als 22.000 Quadratmeilen und eine durchschnittliche Tiefe von 280 Fuß hat, irgendwo in der Wassersäule einen geeigneten Lebensraum für Großkopfkarpfen enthält, so Alsip, der jetzt am Cooperative Institute for Great Lakes Research mit Sitz in der U-M arbeitet.

Karten der Lebensraumeignung für Großkopfkarpfen im Michigansee unter drei Fütterungsszenarien. Die von der Universität Michigan geleitete Modellierungsstudie zeigt, dass der gesamte Michigansee zu bestimmten Jahreszeiten irgendwo in der Wassersäule einen geeigneten Lebensraum für Karpfen bietet, wenn die Karpfen sich in der gesamten Wassersäule von möglichst viel Phytoplankton (PP), Zooplankton (ZP) und Detritus (Det) ernähren können. Farbige Flächen kennzeichnen geeignete Lebensräume. Graue Bereiche weisen auf ungeeigneten Lebensraum hin. Bildnachweis: Peter Alsip.

Der Lebensraum für Silberkarpfen war auf küstennahe, nährstoffreiche Gebiete beschränkt. Die Studie wurde am 12. August online in der Fachzeitschrift Freshwater Biology veröffentlicht.

„Der Lebensraum unter der Wasseroberfläche und die Nahrungsflexibilität der Fische wurden in früheren Studien nicht bewertet, und unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Aspekte einen spürbaren Einfluss auf unsere Eignungsbewertung hatten“, so Alsip. „Das geringe Planktonangebot des Michigansees ist möglicherweise kein so starkes Hindernis wie bisher angenommen.“

Die Studie ergab außerdem, dass:

  • Wenn man den Fischen erlaubte, sich in der gesamten Wassersäule von der größtmöglichen Nahrung (Phytoplankton, Zooplankton und Detritus) zu ernähren, ergab sich ein geeignetes Habitatvolumen, das 4.Das Volumen geeigneter Lebensräume war für Großkopfkarpfen 4,6-mal und für Silberkarpfen 2,3-mal größer als bei der engsten Ernährungsweise (nur Phytoplankton).
  • Die Ausdehnung hochwertiger Lebensräume für asiatische Karpfen im gesamten Michigansee ist zwar relativ gering, doch ist das Risiko einer lokalen Ansiedlung in der Nähe von Flussmündungen und in nährstoffreichen Teilen der Green Bay hoch. Das Modell des Teams fand ganzjährig geeigneten Lebensraum (der anderen Modellen zufolge in der Lage ist, das Laichen und die Eiablage zu unterstützen) in der Nähe der Mündungen mehrerer Flüsse, einschließlich des Milwaukee und des St. Joseph.
  • Mit dem Modell des Teams erstellte Karten identifizierten Hotspots für die Ansiedlung des asiatischen Karpfens und das Potenzial für seeweite Migrationskorridore, „die die seeseitigen Bewegungen erleichtern und beschleunigen können“, schreiben die Autoren. Diese Karten könnten die Überwachungsmaßnahmen unterstützen, indem sie Gebiete identifizieren, in die sich Großkopf- und Silberkarpfen nach dem Eintritt in den See ausbreiten könnten.
  • Die relativ planktonreiche „tiefe Chlorophyllschicht“, die sich jeden Sommer in den küstennahen Gewässern des Michigansees bildet, kann das Wachstum von Großkopfkarpfen unterstützen. In früheren Karpfenstudien wurde das Wachstumspotenzial in dieser Schicht, die sich in einer durchschnittlichen Tiefe von etwa 100 Fuß bildet, nicht untersucht.

Die Planktonnährstoffkonzentration im Michigansee ist seit Jahrzehnten rückläufig, was größtenteils auf den geringeren Phosphoreintrag in den See und die Ausbreitung der invasiven Quagga- und Zebramuscheln zurückzuführen ist, die jetzt den Seeboden bedecken, Plankton aufsaugen und die Nährstoffe in fäkalen Pellets, den so genannten Biodepots, binden.

Der fortschreitende Verlust von Nährstoffen in der Wassersäule des Michigansees, ein Prozess, der als Oligotrophierung bezeichnet wird, hat bei einigen Wissenschaftlern Skepsis hinsichtlich der Wahrscheinlichkeit einer Ansiedlung des asiatischen Karpfens hervorgerufen. Laborexperimente haben jedoch gezeigt, dass asiatische Karpfen in der Lage sind, zu überleben und sogar an Gewicht zuzulegen, wenn sie sich nur von Quagga-Muschel-Biodepots ernähren.

In ihrer Studie verwendeten Alsip und seine Kollegen simulierte Nahrungsmengen und Wassertemperaturwerte aus einem dreidimensionalen biophysikalischen Modell des Michigansees, um das Wachstumspotenzial von Großkopf- und Silberkarpfen zu untersuchen.

Sie untersuchten, wie gut einzelne erwachsene Tiere der beiden Karpfenarten im Michigansee wachsen konnten, wenn sie sich von verschiedenen Kombinationen der drei Nahrungsarten – Phytoplankton, Zooplankton und Detritus – in unterschiedlichen Tiefen ernährten. Gebiete, in denen Großkopf- und Silberkarpfen ihr Körpergewicht entweder halten oder steigern konnten, wurden als geeignete Lebensräume eingestuft.

Zwei Silberkarpfen im Mississippi in Missouri. Bildnachweis: Sara Tripp/Missouri Department of Conservation

„Wir haben festgestellt, dass geeigneter Lebensraum für Großkopfkarpfen im Michigansee weit verbreitet ist, und das ist aus vielen Gründen von grundlegender ökologischer Bedeutung“, sagte Studienmitautor Hongyan Zhang von Eureka Aquatic Research in Ann Arbor. Zhang, früher an der U-M’s School for Environment and Sustainability und dem Cooperative Institute for Great Lakes Research tätig, war Alsips Doktorvater.

Phytoplankton sind einzellige, photosynthetische Algen und Cyanobakterien. Zooplankton sind winzige Tiere an der Basis der Nahrungskette, die sich von Phytoplankton ernähren. Eine große Sorge in Bezug auf den asiatischen Karpfen ist, dass er die ansässigen planktonfressenden Fische, einschließlich der Larvenstadien der meisten Fischarten, verdrängen könnte.

Die neue Studie zeigt, dass die weit verbreitete Verfügbarkeit von Quagga-Muschelkotpellets im Michigansee wahrscheinlich dazu beiträgt, den asiatischen Karpfen am Leben zu erhalten, so dass er durch die planktonarmen offenen Gewässer wandern und sich schließlich im ganzen See ausbreiten kann. Großkopf- und Silberkarpfen werden von Wissenschaftlern als Großkopfkarpfen oder BHC bezeichnet.

„Die Fähigkeit der BHC, sich flexibel von Phytoplankton, Zooplankton und Detritus zu ernähren, mindert ihr Risiko zu verhungern – selbst in küstennahen Gewässern – und erhöht daher die Wahrscheinlichkeit ihrer Ansiedlung“, so die Autoren. „Daher scheint es wahrscheinlich, dass BHC überleben, sich etablieren und sich in günstigen Lebensräumen im Michigansee und seinen Nebenflüssen ausbreiten können, obwohl sie weite Gebiete mit minimaler Planktonbiomasse durchqueren müssen.“

Großkopf- und Silberkarpfen wurden in den 1970er Jahren in den Süden der USA eingeführt, um das Algenwachstum in Stauseen und Klärteichen zu kontrollieren. Sie entkamen und verbreiteten sich schnell im gesamten Mississippi River Basin, wo sie dichte Populationen bildeten, z. B. im Illinois River, wo sie heute 63 % des Gesamtgewichts aller Fische im Fluss ausmachen.

Gegenwärtig sind Großkopf- und Silberkarpfen in Wassereinzugsgebieten in der Nähe der Großen Seen heimisch, aber nicht in den Seen selbst.

Die Auswirkungen des Asiatischen Karpfens auf bereits eingedrungene Ökosysteme sowie die Nähe der Invasionsfront zum Michigansee haben die Besorgnis über eine mögliche Invasion der Großen Seen über das Chicago Area Waterway System, die vom Menschen geschaffene Verbindung zwischen dem Illinois River und dem Michigansee, verstärkt.

Im Mai übermittelte der Leiter des U.S. Army Corps of Engineers dem Kongress einen 778 Millionen Dollar teuren Plan für die Einrichtung eines Karpfenschutzes an der Brandon Road Lock and Dam in der Nähe von Joliet, Illinois, etwa 40 Meilen vom Michigansee entfernt. Im Juli haben die acht Gouverneure der USA und zwei kanadische Premierminister den Plan gebilligt.

Die Studie der Süßwasserbiologie trägt den Titel „Lake Michigan’s Suitability for Bigheaded Carp: The Importance of Diet Flexibility and Subsurface Habitat“. DOI: 10.1111/fwb.13382

Neben Alsip und Zhang sind weitere Autoren Mark Rowe, Doran Mason und Edward Rutherford vom Umweltforschungslabor für die Großen Seen der National Oceanic and Atmospheric Administration, Catherine Riseng von der U-M School for Environment and Sustainability und Michigan Sea Grant sowie Zhenming Su vom Michigan Department of Natural Resources.

Das Projekt wurde durch das Michigan Sea Grant Graduate Research Fellowship finanziert, wobei das Institut für Fischereiforschung des Michigan Department of Natural Resources die gleichen Mittel bereitstellte. Zusätzliche Unterstützung wurde von Michigan Sea Grant, dem Institut für Fischereiforschung, CIGLR, GLERL und dem Great Lakes Aquatic Non-indigenous Species Information System geleistet. Das CIGLR ist eine vom Bund finanzierte Partnerschaft zwischen der U-M und der NOAA.

Mit dem oben beschriebenen Ansatz untersuchen Alsip und Kollegen derzeit, wie die Eignung des Lebensraums für den asiatischen Karpfen durch die Meteorologie, die Phosphorbelastung des Sees sowie Quagga- und Zebramuscheln beeinflusst wird. Ihre Ergebnisse könnten ein klareres Bild davon vermitteln, wie sich eine Klimaerwärmung auf die Anfälligkeit des Michigansees für asiatische Karpfen auswirkt und wie sich die Lebensraumeignung im Laufe der Zeit als Reaktion auf die Reduzierung der Nährstoffbelastung und die Muschelinvasion verändert hat.

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