Forschungsgruppe 2: Evolutionsgenetik

Transatlantische Besiedlung der Ostsee durch amerikanischer Atlantikstöre im frühen Mittelalter

Ludwig A, Debus L, Lieckfeldt D, Wirgin I, Benecke N, Jenneckens I, Williot P, Waldman JR, Pitra C (2002): NATURE 419, 447-448.

Aufgrund von Überfischung für die Herstellung von Kaviar und der Verbauung der Flüsse starben die Störe in Nord- und Ostsee Mitte des letzten Jahrhunderts aus (poster). Das große gesellschaftliche Interesse an Stören allgemein sowie ihre ökologischen Besonderheiten (werden im Süßwasser geboren, leben mehrere Jahre im Brackwasser und wandern danach ins Meer um nach 15-20 Jahren zum Laichen ins Süßwasser zurück zu kommen) andererseits machen sie zu Flagschiffarten des internationalen Artenschutzes. Diesem Prozess Rechnung tragend, bestehen seit Anfang der neunziger Jahre in allen Anrainerstaaten der Ostsee Bemühungen zu ihrer Wiederansiedlung. Besondere Schwierigkeiten resultieren aus den  wenigen verfügbaren Informationen über die ursprünglichen Bestände. Im Zuge dieser Studie wurde erstmals nachgewiesen, dass der nordamerikanische Atlantikstör (Acipenser oxyrinchus) zwischen dem 8. und 12. Jahrhundert die Ostsee kolonisierte und seinen europäischen Verwandten (A. sturio) verdrängte. Durch den Nachweis dieser natürlichen Besiedlung kann eine Wiederansiedlung von A. oxyrinchus in den Zuflüssen der Ostsee erfolgen.

Die beiden Arten von Atlantikstören (A. oxyrinchus und A. sturio) sind entlang der Küsten Nordamerikas und Europas verbreitet und evolvieren seit mehreren Millionen Jahren getrennt voneinander. Ein Kontakt zwischen ihnen war durch die große geographische Distanz verhindert. In dieser Studie werden genetische, morphologische und archaeozoologische Daten präsentiert, welche eine transatlantische Migration von A. oxyrinchus mit anschließender Verdrängung des europäischen Atlantikstörs in der Ostsee nachweisen. Zusätzlich zum erstmaligen Nachweis einer transatlantischen Kolonisierung einer anadromen Fischart, beeinflussen unsere Ergebnisse das laufende Wiederansiedlungsprojekt maßgeblich. Von A. sturio, ursprünglich verbreitet vom Schwarzen Meer bis zur Ostsee, existiert heute nur noch eine Reliktpopulation in der Gironde, Frankreich. Obwohl auch A. oxyrinchus einem drastischen Rückgang zu Beginn des 19. Jahrhunderts unterlag, wird diese Art in den Atlantikzuflüssen vom Golf von Mexiko bis nach Quebec gefangen.

Wir untersuchten ein mitochondriales sowie ein nukleares DNA-Fragment von 53 Museumstieren, 67 A. sturio aus der Gironde und 351 A. oxyrinchus aus nahezu allen existierenden Populationen. Zwei mtDNA Haplotypen wurden bei A. sturio und 39 bei A. oxyrinchus mit 22 fixierten Substitutionen gefunden. 14 Museumstiere aus europäischen Atlantikgewässern, der Nordsee, der Adria und dem Mittelmeer hatten die erwarteten sturio-Haplotypen. Überraschenderweise besaßen zehn Museumstiere aus der Ostsee und einer aus der Nordsee (Oste) oxyrinchus-Haplotyp A.

Beide Arten sind weiterhin durch drei Substitutionen innerhalb des nuklearen Markers getrennt. Alle Störe mit Haplotyp A hatten gleichfalls nukleare oxyrinchus-Sequenzen. Im Gegensatz dazu wiesen alle anderen Museumstiere sturio-Genotypen auf. Die Analyse des nuklearen Markers erbrachte keine Hinweise auf Hybride. Basierend auf einer molekularen Uhr erfolgte die Besiedlung wahrscheinlich während der letzten 1910 Jahre (50% Konfidenzintervall).

Morphologische Untersuchungen an beiden Arten zeigten unterstützend eine große Ähnlichkeit der Baltischen Störe zu A. oxyrinchus (Tabelle). Die Baltischen Störe besaßen zum Beispiel die gleiche Knochenplattenstruktur wie ihre nordamerikanischen Verwandten. Das ist von großer Bedeutung, weil diese Knochenplatten häufig bei Ausgrabungen gefunden werden.

Eine Neuuntersuchung von 972 Knochenplatten aus neun archäologischen Grabungen zeigte, dass vor  ca. 3000 Jahren zuerst A. sturio die Ostsee besiedelte. Die ältesten Nachweise von A. oxyrinchus sind ca. 1800 Jahren alt. Die Zunahme von A. oxyrinchus Knochenplatten zwischen dem 8. und 12. Jahrhundert, welche bei Ausgrabungen in Ralswiek auf der Insel Rügen gefunden wurden, demonstriert eine Dominanz dieser Art in der Ostsee seit dem frühen Mittelalter. Ein wesentlicher Grund für den Niedergang der A. sturio Population und der Dominanz von A. oxyrinchus in der Ostsee lag wahrscheinlich in ihrer besseren Anpassung an die im Zuge der kleinen Eiszeit sich veränderten klimatischen Bedingungen. A. oxyrinchus laicht zum Beispiel im Delaware bei Temperaturen zwischen 13.3 °C und 17.8 °C, A. sturio benötigt zum Laichen in der Gironde Temperaturen um 20 °C.

Unsere Ergebnisse beeinflussen direkt das Wiederansiedlungsprojekt (HELCOM-Projekt 18/97), welches aufgrund des Mangels an A. sturio stagniert. Versuche zur Wiederansiedlung von A. oxyrinchus sollten allerdings den geänderten ökologischen Bedingungen Rechnung tragen.

Danksagung

Die Autoren danken den zahlreichen Wissenschaftlern, welche Proben oder hilfreiche Informationen zur Verfügung stellten - im besonderen V. J. Birstein, J. Fickel, J. Gessner, F. Kirschbaum, A. Ludwig und T. Mehner. Gedankt wird für die Erstellung der Karten H. Behrendt, für die Übersetzung der russischen Literatur K. Zeller und für technische Hilfe A. Schmidt, J. Spamer und S. Rautenberg. Finanzielle Unterstützung wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft, dem Bundesamt für Naturschutz, dem New York Sea Grant sowie dem U.S. National Institute of Environmental Health Sciences Center (Grant ES00260) gewährt. Die Arbeiten wurden von Arne Ludwig 1997 im Institut für Gewässerökologie und Binnenfischerei begonnen und am IZW 2002 vollendet.