Die Miesmuschel. Versuche mit Miesmuscheln und Seesternen. Jahresarbeit der 12. Klasse. Grischka Nissen

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1 Die Miesmuschel Versuche mit Miesmuscheln und Seesternen Jahresarbeit der 12. Klasse Grischka Nissen

2 Inhaltsverzeichnis Seite Die Miesmuschel... 3 Der Name... 3 Aussehen, Kennzeichen und Erkennungsmerkmale... 3 Vorkommen, Habitate, Lebensraum... 4 Biologie, Ökologie, Lebensweise... 5 Jugend... 5 Verhalten... 6 Der Fuß... 9 Fressfeinde... 9 Bedeutung für die Umwelt Wirtschaftliche Nutzung Versuche zum Verhalten von Miesmuscheln mit Seesternen Zusammenfassung Zielsetzung Versuch: Versuch zum Wachstumsverhalten der Miesmuschel in Anwesenheit eines Seesterns Einleitung Material und Methoden Ergebnisse und Diskussionen Versuch: Seesternwasserversuch Einleitung Material und Methoden Ergebnisse und Diskussionen Versuch: Testung eines Seesternwasserstoffes Einleitung Material und Methoden Ergebnisse und Diskussionen Versuch: Versuch zur Flüchtigkeit des Seesternstoffes Einleitung Material und Methoden Ergebnisse und Diskussionen Danksagung Quellenangabe

3 Die Miesmuschel (Mytilus edulis) Der Name Der Name Miesmuschel (Mytilus edulis) stammt sowohl von dem plattdeutschen Wort Mois, als auch von dem mittelhochdeutschen Wort Mies ab. Beide Wörter haben jedoch die gleich Bedeutung, nämlich Moos. Dies kommt daher, dass die Byssusfäden und der häufig vorkommende Algenbewuchs der Miesmuschel dem Moos in gewisser Weise ähnlich sehen. Der lateinische Name für Miesmuschel ist Mytilus edulis. Mytilus kommt von dem griechischen Wort Mytilos welches soviel wie essbare Muschel bedeutet, edulis ist Lateinisch und heißt ebenfalls essbar. In Läden werden Miesmuscheln auch oft unter Pfahlmuschel angeboten, dies kommt daher, dass Miesmuscheln häufig an Pfählen gezüchtet werden. Aussehen, Kennzeichen und Erkennungsmerkmale Die Schale der Miesmuschel ist tropfenförmig länglich oval. Die beiden Schalenklappen sind gleichförmig und kaum voneinander zu unterscheiden. Die Oberfläche ist bis auf sehr feine Wachstumsringe nahezu glatt. Die Farbe der Schale ist außen blau-schwarz, manchmal auch bräunlich oder grünlich, bei Jungtieren ist sie auch gelb-braun oder hat blaue Streifen. Innen ist sie Perlmuterfarben mit einem dunklen Rand, was jedoch nur bei leeren Schalen, also bereits toten Miesmuscheln zusehen ist. Die Schale besteht aus verschiedenen Formen des Calciumcarbonats. Sie gliedert sich in drei Schichten: die blau-schwarze Schalenoberhaut (Periostracum), die Mittelschicht (Ostracum) und die perlmuttfarbene Innenseite (Hypostracum). Die beiden Schalenklappen sind mit einem Schlossband, dem 3

4 inneren und einem äußeren Ligament, verbunden. Das Schlossband sitzt am oberen Rücken des Tieres. Von dem Weichkörper der Miesmuscheln ist meist nur der Fuß zusehen. Dieser sieht mit seiner roten Farbe und der länglichen Form wie eine Zunge der Miesmuschel aus. Er kann in vollständig ausgefahrenem Zustand die gleiche Länge wie die Miesmuschel haben. Bei einer weiten Öffnung der Schalenklappen können auch die beiden Siphone von außen gesehen werden. Der einführende und der ausführende Sipho sind aber auch bei geöffneter Schale nicht sehr gut zusehen, da sie im Gegensatz zu vielen anderen Muschelarten nur sehr kurz sind. Unterschieden werden können sie gut durch die stark gelappte Form des ausführenden Siphons. Die Größe der Miesmuschel hängt von der Region oder besser dem Meer ab in dem sie leben. So sind die Nordseemiesmuscheln meist 1-2 cm größer als die der Ostsee und erreichen 6-9 cm, während die Ostsee Miesmuschel nur 5-8 cm Länge erreichen. Es gibt männliche und weibliche Miesmuscheln, unterscheiden kann man diese von außen jedoch nicht. Vorkommen, Habitate, Lebensraum Die Muscheln der Familie Mytilidae kommen in vielen verschiedenen Arten in fast allen Meeren dieser Welt vor: In Nord- und Ostsee, im nördlichen Atlantik, nördlicher Pazifik, Eismeer, an der Atlantikküste, im Mittelmeer und im Ärmelkanal. In Nord- und 4

5 Ostsee leben die Mytilus Arten Mytilus edulis und Mytilus trossolus, im Mittelmeer Mytilus galloprovinzialis und in den anderen Meeren die anderen Muscheln der Familie Mytilidae: Perna perna, Modiolius modiolus und Modiolis barbatus. Miesmuscheln leben in 50 Metern Tiefe bis hoch zu trockenfallenden Sandbänken. Allgemein kann man aber sagen, dass sie überall dort leben, wo sie einen Platz haben, um sich mit ihren Byssusfäden zu befestigen. Bevorzugt werden aber Plätze knapp unter der Wasseroberfläche, weil in den oberen Wasserschichten mehr Plankton enthalten ist. Miesmuscheln heften sich an Steinen, Felsen, Hölzern, Ketten und Muscheln fest. Gerne heften sie sich auch aneinander fest und bilden so meterlange Muschelbänke oder Teppiche. Besonders im Wattenmeer findet man riesige Muschelbänke. Die Gründe dafür sind, dass es dort kaum andere Befestigungsmöglichkeiten gibt als Artgenossen. Die miteinander verkitteten Miesmuscheln schützen sich außerdem so im Verband sehr gut gegen Verdriftung und gegen Räuber. Miesmuscheln leben nur auf dem Meeresboden, was sie im Wattenmeer als einzige Muschel neben der eingeführten pazifischen Auster macht. Alle anderen Muscheln graben sich in den Sand ein und stecken nur ihre Siphone aus dem Watt. Die Miesmuschel ist in Ost- und Nordsee sehr häufig vorhanden. Im Wattenmeer machen sie sogar ein Viertel der gesamten Biomasse aus. Biologie, Ökologie, Lebensweise Jugend 1 bis 3 mal im Jahr stoßen weiblich Miesmuscheln 5 bis 12 Millionen Eier ins Meerwasser ab, wo sie von gleichzeitig abgegebenen Samenzellen der Männchen befruchtet werden. Aus den befruchteten Eizellen entwickelt sich dann die Trochophora-Larve. Aus dieser entsteht durch Metamorphose die Veliger-Larve, die schon kleine, durchsichtige Schalen bildet. Es werden in diesen Stadien über 99,9% 5

6 der Larven gefressen, sie bilden so eine wichtige Nahrungsgrundlage für viele Tiere. Erst nachdem sie etwa fünf Wochen im Meer als Plankton herumgetrieben sind und eine Größe von etwa 0,2 mm erreicht haben, setzen sie sich mit Hilfe von ihren Byssusfäden in Küstenregionen oder im Brackwasser von Flussmündungen an Steinen, Pfählen, Artgenossen oder ähnlichen harten Untergründen fest. Sie fangen jetzt an mit aus dem Meer, in chemischen Prozessen aufgenommenen Calciumcarbonat eine festere Schale zu bilden. Sie können nun noch wegen ihrer geringen Größe und dem geringen Gewicht häufiger den Standort wechseln, um die nahungsreichste Plätze auszusuchen, bis sie eine Größe von 3 mm erlangt haben, dann suchen sie sich einen festen Platz, den sie selten oder gar nicht mehr verlassen. Bis dahin sterben noch einmal viele kleine Muscheln durch Fressfeinde oder anderen Gründen. Doch relativ sicher sind die Miesmuscheln vor ihren Fressfeinden erst ab einer Größe von etwa 5 cm. Ab dieser Größe ist der Kraftaufwand, den Fressfeinde betreiben müssen zu groß, um eine Muschel zu knacken. Gefahr droht nun hauptsächlich noch von den Menschen, die durch Fischerei einen großen Teil der erwachsenen Miesmuscheln vernichten. Das natürliche Lebensalter der Miesmuschel beträgt 8-10 Jahre. Verhalten Miesmuscheln ernähren sich von Plankton und Detritus. Plankton sind pflanzliche Einzeller, wie Kiesel- oder Grünalgen, es sind aber auch kleine Tierchen, wie Kleinkrebse. Detritus sind organische Abfallstoffe. Mit kleinen Wimpern (Cilien), die sie auf ihrer Kiemenoberfläche haben erzeugen sie einen Wasserstrom und saugen so Wasser durch ihren einführenden Siphon. Aus dem Wasser filtrieren sie Plankton und Detritus. Sie ziehen sich jedoch auch den Sauerstoff aus dem eingezogenen Wasser. Die verwertbaren Teilchen werden in den Kiemen aufgefangen und kommen von dort durch ein Schleimpaket in die Mundöffnung. Eine ausgewachsene Miesmuschel filtriert pro Tag etwa 15 Liter Meerwasser. Da es Millionen von Miesmuscheln in Nord- und Ostsee gibt, wird so häufig das gesamte Meerwasser durchgefiltert. Im Wattenmeer geht man sogar davon aus, dass rein rechnerisch einmal pro Woche das Wasser von Miesmuscheln durchgefiltert wird. Dies hat einen äußerst positiven Effekt für die Reinheit des Wassers zur Folge. Miesmuscheln saugen nämlich nicht nur Meerwasser, Plankton und Detritus ein, sie filtrieren auch alle Schmutz- oder Schwebestoffe aus dem Wasser heraus. Diese werden von ihnen 6

7 sofort wieder ausgeschieden und als Schlicke auf dem Boden gebunden. Dies macht das Meerwasser bedeutend klarer. Da das Meerwasser in ständiger Bewegung ist und Plankton und Detritus im Wasser schweben, müssen die Miesmuscheln ihren Platz praktisch nie verlassen, weil sie mit ihrer Filtration immer neue Wassermengen durcharbeiten. Mehr Bedeutung für die Platzsuche der Miesmuschel hat ein anderer Faktor: die Fortpflanzung. Um möglichst viele Nachkommen zu zeugen sammeln sich Miesmuscheln zu Gruppen und bilden Miesmuschelbänke. Es steigt so die Wahrscheinlichkeit, dass bei einem Ausstoß Eier und Samen sich leichter treffen und sich so befruchten können. Unter den Miesmuschelbänken können innerhalb von zwei Jahren bis zu einem Meter hohe Schlickbänke entstehen. Um nicht im eigenem Schlick zu versinken, können die Miesmuscheln sich mit Byssusfäden an anderen Muscheln wieder hoch ziehen. Gerät sie unter Schlicke und kann sich nicht wieder befreien, muss sie sterben, da sie im Gegensatz zu den meisten anderen Muscheln nur sehr kurze Siphone hat, die nicht dazu geeignet sind, um aus dem Sand heraus zu filtrieren. Es gibt zwei verschiedene Arten von Muschelbänken in der Nordsee: die erste ist immer von Wasser bedeckt, die zweite hingegen ist bei Ebbe zeitweilig von Wasser unbedeckt. Dies hat verschiedenen Auswirkungen. Zum einen können die Muscheln, die bei Ebbe trocken liegen in dieser Zeit nicht filtrieren und können leichter von Austernfischern gefressen werden. Dafür haben sie einen gewissen Schutz vor einigen anderen Fressfeinden. Die Wellhornschnecke beispielsweise kann nicht sehr lange im Trockenen überleben. Ähnlich geht es dem Seestern, der zudem auf trockenen Sandbänken von Möwen gejagt wird. Miesmuscheln können während der Ebbe problemlos im Trockenen überleben. Um in der Sonne nicht auszutrocknen, 7

8 schützen sie sich durch ihre Schale und einen Wasservorrat, den sie sich in ihren festverschlossenen Schalen aufheben. Außerdem fahren sie ihre Herzschlagfrequenz von etwa 50 Schlägen pro Minute unter Wasser auf etwa 10 herab. So sparen sie viel Energie und können mit sehr wenig Sauerstoff auskommen, welchen sie aus ihrem Wasservorrat entnehmen. Miesmuscheln sind wie alle Muscheln wechselwarme Tiere. Sie haben also immer genau dieselbe Temperatur wie die Umgebung. So kann es kommen, dass sie bei Ebbe auf einer trockenfallenden Sandbank eine Innentemperatur von 35 Grad Celsius und mehr haben, aber auch dies können sie schadlos überstehen. Für das Wachstum sind Nahrungsmenge, Temperatur und Salzgehalt wichtige Faktoren. Bei der Auswirkung des Salzgehaltes auf das Wachstum der Miesmuschel hat man jedoch noch keine Gründe gefunden, warum er Einfluss auf das Wachstumsverhalten hat. Es ist aber deutlich, dass der Salzgehalt eines Meeres eine wichtige Rolle spielt. So wird vermutet bzw. fest angenommen, dass der Salzgehalt ausschlaggebend ist für das unterschiedliche Wachstumsverhalten der Nordseemiesmuscheln und der Ostseemiesmuscheln. Die Nordsee hat einen Salzgehalt von 35 psu. Die Ostsee hingegen ist, je weiter man nach Osten geht schon ein Brackwasser, das heißt sie hat einen Salzgehalt, der zwischen 15 und 3 psu in den östlichsten Gebieten liegt. An der Küste Schleswig-Holsteins liegt der Salzgehalt bei immerhin noch psu. Die Ostseemiesmuscheln bei Schleswig- Holstein werden so nur 5-8 cm groß, in der östlichen Ostsee werden die Muscheln sogar nur ca 3 cm groß, während die Nordseemiesmuscheln 6-9 cm erreichen. Die Muscheln können in der Nordsee in seltenen Fällen bis zu 15 cm lang werden, dies ist in der Ostsee undenkbar. 8

9 Der Fuß Ein sehr wichtiges Organ der Miesmuschel ist der Fuß, mit seiner in der Spitze befindlichen Byssusdrüse. Er ist etwa so lang wie die Miesmuschel selbst, dünn, rot, äußerst kräftig und sieht aus wie eine Zunge. Das Entscheidende an ihm ist aber die Fähigkeit Byssusfäden zu spinnen. Byssus ist eine Eiweißverbindung. Durch Anreicherung mit Eisenionen erhält der Byssus eine Stabilität, die es zu den stärksten Materialien macht, welche die Natur hervorbringt. Die Miesmuschel kann praktisch an jedem harten Gegenstand ihr Byssus befestigen, da die Verbindung aus Proteinen und Eisenionen so aggressiv ist, dass sie mit jedem Gegenstand reagiert. Die Miesmuschel nutzt den Byssus, indem sie sich mit ihm an Steinen, Ketten, Pfählen oder andern Muscheln heftet. Sie sind so gesichert gegen Verdriftung und um bei Stürmen nicht weggespült zu werden. Wenn sie ihren Platz wieder verlassen will, trennt sie mit ihrem Fuß den Byssusfaden wieder von ihrer Schale ab. Sie bewegt sich auch mit Hilfe von Byssus, indem sie Byssusfäden auslegt, diese dann mit dem Fuß verkürzt und sich so voran zieht. Selbst Aquarienwände können auf diese Weise erklommen werde. Fressfeinde Die Hauptfressfeinde der Miesmuschel sind über Wasser Möwen und Austernfischer. Unter Wasser sind Eiderenten, Wellhornschnecken, Krebse und Seesterne die größten Gefahren. Um an das begehrte Muschelfleisch heranzukommen muss erst 9

10 die Schale überwunden werden und da gibt es zwei Möglichkeiten: die erste ist, die Schale zu knacken und die zweite ist, die Schale zu öffnen. Wer einmal versucht hat eine etwa 5 cm große Miesmuschel zu knacken, weiß wie schwer das ist. Mit einem Stein und einem harten Untergrund bekommt man es ganz gut hin, aber eine Miesmuschel zu öffnen ist mit der Hand ein Ding der Unmöglichkeit. Der Schließmuskel einer ausgewachsenen Miesmuschel ist so kräftig, dass die Muschel über diesen Weg nur von echten Spezialisten geöffnet werden kann. Der Seestern ist ein solcher. Er klammert sich um eine Muschel, indem er sich mit seinen, an den Armen befindlichen Saugärmchen an der Schale des Opfers festsaugt. Die Muschel ist in diesem Angriffsstadium natürlich geschlossen und hält die Schalenklappen mit aller Kraft zusammen. Der Seestern muss jedoch kaum Energie aufwenden. Er spart diese durch eine Art Versteifung, übt jedoch weiterhin eine Zugkraft von bis zu vier Kilogramm auf die Schale aus. Nach einiger Zeit muss die Muschel jedoch ein wenig die Schalen öffnen, um Sauerstoff aufzunehmen. Die Muschel öffnet also einwenig, kann nun aber nicht mehr wieder schließen, denn der Seestern wendet jetzt seine Kraft dazu auf, die Lücke zu halten und dann Stück für Stück zu weiten. Schon 2 mm Schalenöffnung reichen dem Seestern aus, um seinen Magen in die Muschelschale zu zwängen und das Muschelfleisch extratestinal zu verdauen. Gegen diese Methode ist die Miesmuschel weitesgehend chancenlos außer sie ist kräftig genug, um den Seestern am Öffnen der Schale zu hindern. Die benötigte Kraft hat sie mit einer Größe von 5 cm. Ab dieser Größe suchen sich Seesterne lieber kleinere Muscheln, für die sie nicht so viel Kraft aufwenden müssen. Krebse hingegen knacken Muschelschalen einfach, bevorzugen dabei aber ebenfalls 10

11 Muscheln, die nicht zu groß sind. Sie suchen sich eine geeignete Muschel aus und zerbrechen mit ihren Scheren die Schale der Muschel. Gegen solche Gegner hilft der Miesmuschel nun keine Muskelkraft mehr, hier braucht sie eine dicke Schale. Auch hier gibt es die 5 cm Schwelle, ist diese erst einmal genommen, muss sie keine Krebse mehr fürchten, denn es gibt ein wichtiges Gesetz, das besagt, dass die investierte Energie durch den Gewinn an Energie, das heißt durch das Muschelfleisch, wieder ersetzt, bzw. vermehrt werden muss. Ist dies bei einer Jagd nicht der Fall, wird das Tier auf Dauer nicht überleben können. Ein Krebs beispielsweise muss schauen, dass die Muschel, die er fressen will, nicht zu groß, aber auch nicht zu klein ist, ansonsten gerät das Gleichgewicht aus eingesetzter Energie und gewonnener Energie zu lasten des Krebses durcheinander. Die Miesmuschel hat jedoch auch kleinere Feinde. Sehr störend kann der 1 mm lange Ruderfußkrebs (Mytilicola) sein, der in der Muschel starke Wachstumsstörungen verursachen kann. Eher lästig sind hingegen der Miesmuscheltang (Fucus mytili) und der Muschelwächter. Der Tang wächst auf den Schalen und vermindert durch sein Volumen die Wasserzufuhr. Der Muschelwächter hingegen nistet sich in der Muschelschale ein bedient sich von den angesammelten Nahrungsteilchen der Muscheln. Bedeutung für die Umwelt Die Miesmuschel ist in vielerlei Hinsicht eine der wichtigsten Lebensformen der Nordund Ostsee. Allein durch ihre Menge an Tieren bildet sie Nahrungsgrundlage für viele andere Tierarten, die nur aufgrund der Miesmuscheln leben können. Ihre Muschelbänke bilden einen Lebensraum für rund 100 verschiedene Tier- und Algenarten, die zwischen den harten Schalen der Miesmuscheln eine bessere Existenzgrundlage haben als im kargen Watt. Verschiedene Krebse, Würmer und ähnliche Tiere leben zwischen den Muscheln, auf den Muscheln siedeln sich häufig Seepocken, Algen und Tang an. Es leben in einer Muschelbank etwa 10 mal so viele Tiere und Algen wie in anderen Wattflächen. Diese hohe Bedeutung für andere Lebensformen, die sich aus den beiden oberen Punkten ergibt, kann schnell zu einem Problem werden, wenn es in manchem Jahr mal nicht so viele Miesmuscheln gibt. Gerade in den heutigen Zeiten zeigte sich das durch Überfischung der Miesmuscheln große Probleme für andere Arten entstehen kam es dazu, dass 11

12 wegen niedriger Miesmuschelbestände Tausende von Eiderenten und Austernfischern in den Niederlanden starben. Das ständige Filtrieren der Miesmuschel kann bei ihr zu schweren physiologischen Problemen führen, da durch Ausstoß von Schwermetallen oder Öl durch Fabriken und Schiffe giftige Stoffe aufgenommen werden können. Die Miesmuschel reichert diese Stoffe in sich an, so dass auch Menschen beim Verzehr einer solchen Muschel gesundheitliche Schäden erleiden können. Durch strenge Kontrollen des im Handel befindlichen Miesmuschelfleisches ist dieses mittlerweile gesundheitlich unbedenklich geworden für den Menschen. Wirtschaftliche Nutzung Das Miesmuschelfleisch ist schon seit Jahrtausenden ein beliebtes Nahrungsmittel. Die Gründe dafür sind einfach: Miesmuscheln leben häufig knapp unter der Wasseroberfläche und im Gegensatz zu anderen Muscheln auf und nicht im Meeresboden, sie können so leicht eingesammelt werden und standen immer in großen Mengen gut erreichbar zur Verfügung. Seit hundert Jahren wird in Deutschland die Miesmuschelfischerei aktiv betrieben. Es wurden hauptsächlich die Muscheln der trockenfallenden Muschelbänke in der Nordsee befischt. In den 30er Jahren des 19ten Jahrhunderts setzte sich dann das Bewusstsein durch, dass Schäden im Ökosystem der Nordsee entstehen, die Ausmaße annehmen, welche bald nicht mehr gutzumachen wären. Es wurde nun begonnen, künstliche Muschelkulturen anzusiedeln. Man geht dabei so vor, dass junge Muscheln von wilden ständig unter Wasser liegenden Muschelbänken abgefischt werden und dann an vor Sturm und Fressfeinden geschützten Stellen knapp unter der Niedrigwasserlinie wieder angesiedelt werden. Nach etwa einem Jahr erreichen die Miesmuscheln eine Länge von 5 cm. Sie sind nun marktreif und werden mit Kuttern abgefischt und in die Restaurants Europas verfrachtet. Marktführend in der Miesmuschelfischerei sind die Niederlanden und Dänemark, darauf folgt Deutschland. Jährlich werden in Europa etwa t Miesmuscheln abgefischt, t davon kamen vor kurzen noch aus Schleswig-Holstein. Wegen schlechter Ernten ist die Zahl der gefischten Miesmuscheln jedoch auf dramatische 4500 t pro Jahr zurückgegangen. Schuld daran ist nach Ansicht der Fischereiexperten der Klimawandel. Seit 1996 habe es nur noch milde Winter gegeben und dementsprechend warme Wassertemperaturen. Die Folgen sind, dass Krebse sich 12

13 gleichzeitig mit den jungen Muscheln entwickeln und dadurch einen großen Überlebensvorteil erhalten, indem sie schon früher als normal eine Größe erreichen, die es ihnen leichter macht die Miesmuscheln zu knacken. Ungeachtet dieser Probleme für die Miesmuschelfischer steht die Miesmuschelfischerei immer wieder in der Kritik von Umweltverbänden, die eine Überfischung befürchten. Miesmuscheln sind heute überhaupt nicht mehr wegzudenken aus der europäischen Lebensmittelwirtschaft. Ihr Fleisch ist schmackhaft und vor allen Dingen sehr gesund, es enthält viel Eisen, Eiweiß, Vitamin a, Vitamin B1, Vitamin B2, Vitamin B6, Vitamin C und hat einen sehr geringen Fettanteil, welcher außerdem ein ungesättigter und damit ungefährlich für den Cholesterinspiegel ist. Einen hohen Anteil an ungesättigten Fettsäuren enthält und somit gut für den Cholesterinspiegel ist. 13

14 Versuche zum Verhalten von Miesmuscheln mit Seesternen Zusammenfassung Um die Kraft zu haben, um gegen Seesterne bestehen zu können muss die Miesmuschel entweder groß sein, dann kann man davon ausgehen, dass sie einen Kräftigen großen Schließmuskel hat oder sie muss einfach einen großen Muskel haben, der vielleicht nicht dem normalen Verhältnis von Schalengröße zu Muskelmasse einer Durchschnittsmuschel entspricht. Dies setzt aber entweder eine Ausnahmemuschel voraus oder einen gezielten Muskelaufbau. Eine andere Möglichkeit für die Miesmuscheln, um dem Seestern zumindest indirekt zu entgehen ist, statt auf Wachstum des gesamten Körpers oder des Weichkörpers, in die Reproduktion zu investieren, also mehr Eier bzw. Samenzellen zu produzieren. Der einzelnen Muschel ist damit zwar nicht geholfen, doch kann sie so für das Fortbestehen ihrer Art sorgen. Zielsetzung Ziel des Projektes ist es herauszufinden, ob Miesmuscheln auf die Anwesenheit eines Seesterns reagieren. Als erste Bedingung für solche Erkenntnisse müssen die Miesmuscheln aber erst einmal wahrnehmen können, dass ein Seestern in der Nähe ist. Normalerweise geht man davon aus, dass Miesmuscheln den Seestern erst wahrnehmen, wenn dieser die Muschel berührt hat. In dem Versuch wird dies aber nicht möglich sein, da Muscheln und Seestern durch ein Gitter von einander getrennt sind, welches nur Wasser durchlässt und keinen Berührungskontakt ermöglicht. Da Miesmuscheln weder Augen noch Ohren besitzen, ist es ungewiss, wie die Miesmuscheln die Seesterne überhaupt wahrnehmen und sie dazu noch als Seesterne, also Fressfeinde erkennen können, vor denen man sich in Acht nehmen sollte schützen muss. Der Versuch richtet sich also erstens darauf herauszufinden, ob Miesmuscheln Seesterne ohne direkte Berührung erkennen und zweitens, ob die Miesmuscheln die Seesterne als Fressfeinde erkennen und daraufhin versuchen werden auf den Fressfeind zu reagieren, indem sie beispielsweise schneller als normal wachsen oder einfach nur ein anderes als das gewöhnliche 14

15 Wachstumsverhalten annehmen, welches sie normalerweise haben, wenn kein Seestern in unmittelbarer Nähe ist. 1. Versuch Versuch zum Wachstumsverhalten der Miesmuschel in Anwesenheit eines Seesterns Einleitung Wie die meisten Seesterne ernährt sich der Gemeine Seestern (Asterias rubens) hauptsächlich von Weichtieren wie Miesmuscheln (Mytilus edulis). So vermindert er die Dominanz der Miesmuschel und trägt damit zum Erhalt des Artenreichtums in Bodengemeinschaften bei. Wie verändert sich das Wachstum der Miesmuscheln im Beisein von Seesternen? Diese Frage stand am Anfang des ersten Versuchs, in dem wir im Labor testeten, ob Miesmuscheln sich in ihrem Wachstumsverhalten von Seesternen beeinflussen lassen, die in gleichen Aquarien durch ein Gitter abgehalten, sitzen. Material und Methoden Um zu untersuchen, wie sich das Wachstumsverhalten der Miesmuscheln im Beisein von Seesternen verändert, wurde ein Versuch in einem Labor durchgeführt. In zwanzig 1,5 l Becken wurden jeweils fünf Miesmuscheln mit der Durchschnittsgröße von 1cm hineingesetzt. In zehn dieser Becken wurde zusätzlich pro Becken stromaufwärts ein Seestern gehalten, der durch ein Gitter von den Muscheln getrennt wurde. Die anderen zehn Becken dienten mit jeweils fünf Miesmuscheln als Kontrollbecken, um Daten zu bekommen, die das Wachstumsverhalten bei gleicher Futtermenge ohne Seestern zeigen. Die Becken hatten alle eine eigene Luftversorgung und wurden mit fließendem, filtriertem Ostseewasser (durchschnittlich 17 psu) versorgt. Die Muscheln wurden täglich mit 500 ml Phytoplanktonkultur (Dunaliella) gefüttert. Die Seesterne wurden wöchentlich in einem separaten Becken eine Woche lang mit Miesmuscheln gefüttert, währenddessen wurden andere Seesterne in die Versuchsbecken gesetzt. Die Seesterne wurden also in wöchentlich Perioden ausgewechselt. Zur Wachstumskontrolle wurden die Muscheln alle zwei Wochen vermessen. Nach 8 Wochen wurde der Versuch beendet. Die Schalenlänge 15

16 der Muscheln wurde mit einem digitalen Messgerät (+0,01 mm) vermessen. Die Muscheln wurden nun zwei Tage lang eingefroren, um sie zu töten. Den wieder aufgetauten Muscheln wurde dann der Weichkörper entfernt und 24 Sunden lang bei 60 Grad Celsius zum Trocknen in einen Ofen gelegt. Von den getrockneten Weichkörpern wurde das Gewicht ausgewogen, von den Schalen wurden die Dicke und die Bruchstärke ausgemessen. Ergebnisse und Diskussion Das Ergebnis des Versuchs (Abb.1) zeigt deutlich, dass Miesmuscheln in Anwesenheit eines Seesterns signifikant weniger wachsen als ohne einen Seestern in der Nähe. Dies legt die Vermutung nahe, dass Muscheln chemische Signale von Seesternen empfangen, die den Muscheln anzeigen, dass ein Fressfeind in der Umgebung ist. Als Reaktion darauf öffnen die Muscheln ihre Schalen nicht mehr so weit wie sie es sonst machen, so dass sie weniger Sauerstoff und weniger Nahrung aufnehmen können. Die Muscheln sind sozusagen in ständiger Alarmbereitschaft, um bei einem Angriff eines Seesterns schnell ihre Schalen schließen zu können. Da die Becken mit ständig fließendem Wasser versorgt wurden, um einen möglichst naturgetreuen Versuchsablauf zu bekommen, musste für die Fütterung der Tiere eine Stunde lang das Wasser abgedreht werden, sonst wäre das zu verfütternde Plankton sofort hinausgeschwemmt worden. Während dieser Zeit musste also das, was an 16

17 Plankton da war, gefressen werden, denn nach dieser Stunde wurde wieder ein Wasserfluss aufgebaut. Wahrscheinlich ist, dass die Muscheln mit den Seesternen in dieser Zeit nicht so viel konsumieren konnten wie die anderen Muscheln ohne Seestern, da sie aus Angst vor dem Seestern ihre Schalen nicht soweit öffneten. Die Folgen sind weniger Wachstum im Schalenbereich und beim Weichkörper. Dies ist jedoch nur eine Vermutung. Möglich ist auch, dass die Muscheln mit Seestern zwar genauso viel gefressen haben, wie die ohne Seestern, die Nahrung aber nicht in Schalenwachstum, sondern in etwas anders, wie zum Beispiel Weichkörperaufbau investiert haben, denn durch stärkeren Muskelaufbau können sich die Muscheln besser vor den Seesternen schützen. Im Gegensatz zu den anderen Feinden der Muscheln, den Krebsen, die die Muscheln mit den Scheren aufknacken, ziehen die Seesterne die Schalenhälften auseinander. Also sind in diesem Fall stärkere Muskeln der Muscheln auf jeden Fall von Vorteil. Tendenziell ist das relative Weichkörpergewicht bei den Muscheln mit Seesternen höher, was auf erhöhten Muskelaufbau deutet, aber leider sind diese Daten nicht signifikant (Abb. 2). Deshalb haben wir zusätzlich die Schalendicke und die Bruchstärke und Gewicht der Schalen untersucht, es wäre möglich, dass die Energie der Nahrung zu stärkerem Schalenaufbau genutzt wurde. Aufgrund der Ergebnisse in Abb. 3 und 4 können wir diese Annahme teilweise widerlegen. Während die Schalendicke keine signifikanten Unterschiedle aufweisen, sind die Ergebnisse der Bruchstärke signifikant. Die Messergebnisse des Schalengewichts sind jedoch ebenfalls nicht signifikant. Es ist in diesem Fall wahrscheinlicher und logischer, dass die Energie dem verstärkten Muskelaufbau diente. Die Frage ist nun, was genau die Muscheln veranlasst hat, ihre Schalen weniger weit zu öffnen, als sie es normalerweise tun oder, ob sie ihre Nahrung für anderes eingeplant hatten, um auf den Seestern zu reagieren, denn eines ist sicher, der Seestern ist Auslöser des geringeren Wachstums. 17

18 Wachstum [% / 8 Wochen] ohne Seestern mit Seestern Abb.1 Zunahme der Schalenlänge im Verlauf von 8 Wochen. Angegeben ist Wachstum in % + Standardfehler. Das Wachstum der Muscheln ohne Seestern ist signifikant höher als das der Muscheln mit Seestern (t-test: p < 0,05). 0,85 0,80 rel. Weichkörpergewicht 0,75 0,70 0,65 0,60 ohne Seestern mit Seestern Abb.2: Angegeben ist das relative Weichkörpergewicht (Weichkörper [mg]/schalenlänge[mm]) + Standardfehler. Das relative Weichkörpergewicht ist bei den Muscheln mit Seestern zwar tendenziell höher als bei den Kontrollmuscheln, aber die Daten sind nicht signifikant (t-test: p > 0,05). 18

19 0,020 0,016 rel. Schalendicke 0,012 0,008 0,004 0,000 ohne Seestern mit Seestern Abb. 3: Angegeben ist die relative Schalendicke (Schalendicke [µm]/schalenlänge[mm]) + Standardfehler. Die relative Schalendicke der Muscheln beider Behandlungen unterscheidet sich nicht signifikant (t-test: p > 0,05). rel. Bruchstabilität 0,050 rel. Bruchstabilität 0,040 0,030 0,020 0,010 0,000 ohne Seestern mit Seestern Abb. 4: Angegeben ist die relative Bruchstabilität + Standardfehler. Die relative Bruchstabilität der Muscheln beider Behandlungen unterscheidet sich signifikant (t-test: p >0,205) 19

20 2.Versuch Seesternwasserversuch Einleitung Aus dem ersten Versuch haben wir die Erkenntnis gewonnen, dass Seesterne für das verminderte Wachstum der Miesmuscheln verantwortlich sind. Es stellte sich jetzt jedoch die Frage, was genau die Wachstumshemmungen ausgelöst hat. Vermutet wird, dass die Seesterne chemische Stoffe absondern, die die Miesmuscheln aufnehmen und daraufhin aus Sicherheitsgründen ihre Schalen nicht mehr soweit öffnen und nun nicht mehr die Mengen Wasser filtrieren können, welche sie für ein normales Wachstum benötigen. Um den Verdacht zu erhärten, dass chemische Stoffe des Seesterns Auslöser für das geringere Wachstum der Miesmuscheln sind und dafür nicht die direkte Anwesenheit des Seesterns verantwortlich ist, haben wir einen Versuch durchgeführt, in dem Miesmuscheln in Wasser gehältert wurden, in welchem zuvor Seesterne gelebt hatten. Material und Methoden Für den zweiten Laborversuch wurden 12 2 l Becken mit je 5 Miesmuscheln genommen. 6 Becken dienten als Versuchsbecken und die anderen 6 Becken als Kontrolle. Die Versuchsbecken und die Kontrollbecken wurden aus 2 20 l Becken durch Pumpen mit Wasser versorgt und hatten jeweils eine eigene Luftversorgung. Dem Wasserbecken der Versuchsbecken wurde täglich 10 l Wasser aus einem 100 l Becken zugeführt, in dem 20 Seesterne lebten. Das Wasserbecken der Kontrollbecken erhielt täglich 10 l frisches Ostseewasser. Gefüttert wurden die Muscheln täglich mit 1 l Plankton (Rhodomonas) pro Wasserbecken. Die einzelnen Versuchsbecken erhielten so im Schnitt 167 ml Plankton. Der Versuch hatte eine Woche Laufzeit, danach wurden die Miesmuscheln ausgemessen. 20

21 Kontrollbecken je 2 l a 5 Muscheln Versorgungs- Becken mit Ostseewasser Seesternbecken tägl.10 l Versorgungsbecken Versuchsbecken je 2 l a 5 Muscheln Ergebnisse und Diskussionen Die Messungen ergaben, dass die Miesmuscheln, die in dem Seesternwasser gehältert wurden, um 1,5% gewachsen sind. Die Miesmuscheln in den Kontrollbecken hingen sind um 3,2% gewachsen. Der t-test ergab, dass die Wachstumsunterschiede signifikant sind (p = 0,01). Das Ergebnis dieses Versuches ist also, dass das, was die Miesmuscheln am Wachsen hindert, ob nun direkt oder indirekt, in dem Wasser enthalten ist, in dem die Seesterne zuvor gelebt haben. Die Gründe für das niedrige Wachstum der Miesmuscheln können nun darin liegen, dass chemische Stoffe der Seesterne sie am Wachstum hindern oder, dass sie auf chemische Signale von Seesternen mit einer vorsichtigeren Haltung reagieren und die Schalen nicht soweit öffnen. Die Ergebnisse dieses Versuches bestätigen 21

22 weitestgehend die Ergebnisse des ersten Versuchs. Ein großer Unterschied zu dem Ergebnis des ersten Versuches liegt in diesem Versuch jedoch darin, dass die Miesmuscheln dieses Mal unbegrenzt Zeit hatten die Nahrung aufzunehmen, die ihnen gegeben wurde. Es fällt also die Erklärung weg, dass die Miesmuscheln aus Zeitmangel und gleichzeitiger geringerer Öffnung der Schalen und der damit verbundenen niedrigeren Filtrationsrate weniger gewachsen sind. Es muss nun wieder näher in Betracht gezogen werden, dass die Miesmuschel mehr in das Wachstum des Weichkörpers investiert haben, obwohl die Messergebnisse des Weichkörpers im ersten Versuch diese Vermutung nicht bestätigt haben. Eine andere Erklärung für das niedrige Schalenwachstum könnte sonst sein, dass die Miesmuscheln nicht alles Plankton aufgenommen haben oder die Nahrung nicht effizient genutzt haben. 4,0 Wachstum [%/Woche] 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Kontrolle Seesternmedium 3. Versuch Testung eines Seesternwasserstoffes Einleitung In dem ersten Versuch haben wir herausbekommen, dass Miesmuscheln weniger wachsen in Anwesenheit von Seesternen. Der zweite Versuch hat dieses Ergebnis noch einmal bestätigt, so dass wir jetzt davon ausgehen, dass chemische Stoffe, die von Seesternen abgegeben werden, Auslöser für das geringere Wachstum der Miesmuscheln sind. Dieser dritte Versuch richtet sich nun darauf 22

23 herauszubekommen, welches der chemische Stoff des Seesterns sein könnte, an dem die Miesmuscheln erkennen, dass ein Seestern in unmittelbarer Nähe ist und woraufhin sie weniger wachsen. Material und Methoden Die Ergebnisse des zweiten Versuchs haben die Vermutung erhärtet, dass die Miesmuscheln die Anwesenheit eines Seesterns durch chemische Stoffe des selbigen erkennen. Wir haben daher versucht einen Extrakt, aus Seesternwasser zu gewinnen. Dieser Extrakt sollte dann möglichst die Eigenschaft des Seesterns haben, die bei den Miesmuscheln zu geringem Wachstum führen. Für die Herstellung des Extrakts haben wir in einer 2 Phasentrennung 1 l Seesternwasser und ½ l Ethylenacetat (Lösungsmittel) in einem Scheidetrichter gemischt. Wir erhielten Seewasser mit Ethylenacetatresten und Ethylenacetat + gelösten Stoffen. Letztere Lösung wurde im Rotationsdampfer eingedampft. Es bildete sich ein kleiner Rest, der in Gasflaschen gefüllt wurde. Diese Lösung wurde dann völlig verdampft, so dass wir einen Extrakt hatten, der nun in kleine Ampullen gefüllt und bei 20 Grad Celsius eingefroren wurde. Von dem Extrakt wussten wir nicht was für Eigenschaften er hat. Erst bei positivem Test, also geringeres Wachstum der Miesmuscheln, sollte näher geprüft werden, was genau die Bestandteile des Extrakts sind. Für den Versuch wurden in zehn 2 Literbecken jeweils 5 Miesmuscheln mit einer Durchschnittsgröße von 1 cm gesetzt. Jedes dieser Becken war mittels einer Pumpe mit einem 20 Literbecken verbunden, so dass ein Kreislauf mit ausreichend Wasser für die in den 2 Literbecken befindlichen Miesmuscheln vorhanden war. Die 2 Literbecken hatten eine eigene Luftversorgung. 5 der kleineren Becken dienten als Kontrollbecken. In den anderen 5 kleinen Becken wurde jeweils eine Ampulle befestigt, die einen der Seesternwasserextrakte enthielt. Der Extrakt wurde täglich erneuert, indem die leeren Ampullen durch neue Ampullen ersetzt wurden. Um zu gewährleisten, dass der Extrakt sich gleichmäßig in den Becken verteilte, wurde der Schlauch für die Luftversorgung direkt in die Ampullen gelegt. Die Luft strudelte so den Extrakt aus den Ampullen und sorgte für eine gleichmäßige Durchmischung des Wassers mit dem Extrakt. Die Miesmuscheln wurden täglich mit ca. 500 ml Phytoplanktonkulturen (Dunanliella) versogt. Nach zwei Wochen wurde der Versuch beendet. 23

24 Ergebnisse und Diskussionen Die Messungen haben ergeben, dass die Miesmuscheln, die in den Becken mit dem Seesternextrakt gehältert wurden, um 12,85% gewachsen sind. Die Miesmuscheln ohne den Seesternextrakt sind um 12,04% gewachsen. Die statistische Analyse ergab im t-test einen p-wert von 0,6. Dies bedeutet, dass die Wachstumsraten nicht signifikant unterschiedlich sind. Das bedeutet, dass die unterschiedlichen Wachstumsergebnisse nicht als Beleg dafür dienen können, dass der getestete Seesternextrakt ein Auslöser für geringeres Wachstum der Miesmuscheln ist. Der Extrakt der getestet wurde kann somit nicht der Grund dafür sein, warum die Miesmuscheln weniger wachsen. Das Ergebnis kann nun entweder bedeuten, das nicht chemische Stoffe für das geringere Wachstum verantwortlich sind oder, was auch viel wahrscheinlicher ist, dass ein anderer chemischer Stoff Auslöser des geringen Wachstums ist und zwar ein Stoff, der nicht in dem Lösungsmittel gelöst wurde, also vielleicht fettlöslich ist. In folgenden Versuchen müssten andere Lösungsmittel genutzt werden, um Stoffe zu lösen die in diesem Versuch nicht getestet werden konnten. Wachstum [% / 2 Wochen] Kontrolle Extrakt 24

25 4. Versuch Versuch zur Flüchtigkeit des Seesternstoffes Einleitung Nach dem wir im dritten Versuch getestet haben, ob der Stoff, der die Wachstumshemmungen auslöst ein Feststoff ist, der sich mit Ethylenacetat binden lässt, versuchen wir uns nun dem Stoff von einer anderen Seite anzunähern, indem wir testen, ob der Stoff flüchtig ist. Material und Methoden Im zweiten Versuch haben wir herausgefunden, dass der wachstumshemmende Stoff im Seesternwasser enthalten ist. In diesem vierten Versuch kochten wir Seesternwasser ½ Stunde lang ab und gaben es dann in die Versuchsbecken. Insgesamt wurden 10 2 l Becken mit je 5 Miesmuscheln für den Versuch benutzt. Die Miesmuscheln hatten unterschiedliche Größen, was daher kam, dass es gerade nur sehr junge Miesmuscheln mit einer Größe bis 5 mm und Miesmuscheln, die mindestens 1,5 cm groß waren in der Ostsee zu dieser Jahreszeit vorhanden waren. In 5 der Becken wurde das abgekochte Seesternwasser verwendet, die anderen 5 Becken dienten als Kontrolle. Die Wasserversorgung war so aufgebaut, dass jedes Becken durch eine Pumpe mit einem 20 l Becken verbunden war und so ein Wasserkreislauf mit 22 l pro Becken vorhanden war. Alle Becken hatten eine Luftversorgung. Es wurde täglich in die Versuchsbecken ein ½ l abgekochtes Seesternwasser beigefügt. Gefüttert wurden die Miesmuscheln täglich mit 500 ml Plankton (Dunanliella), als sich jedoch herausstellte, dass dies zuviel für die Miesmuscheln war, wurde nur noch 300 ml Plankton verfüttert. Nach 3½ Wochen wurde der Versuch abgebrochen und die Miesmuscheln vermessen. Ergebnisse und Diskussionen Die Messergebnisse ergaben, dass die Miesmuscheln in den Versuchsbecken im gleichen Maße wie die Miesmuscheln in den Kontrollbecken gewachsen sind. Das bedeutet, dass der gesuchte Stoff ein flüchtiger Stoff ist. 25

26 Wachstum [% / 3 Wochen] Kontrolle Extrakt 7,0% Kontrolle 8,6% Extrakt t-test: p=0,27 Danksagung Die Arbeit fand im Rahmen des NaT-Working Projekts der Bosch-Stiftung im IfM- Geomar statt. Mein Dank gilt daher Joachim Dengg vom NaT-Working Projekt, der mich ans IfM-Geomar vermittelt hat. Dort geht mein besonderer Dank an Prof. Dr. Wahl, Ute Kossak und vor allem Penpag Reuter. Danken möchte ich außerdem Herrn Jordan. 26

27 Quellenangabe awi-bremerhaven.de schutzstation-wattenmeer.de wattenmeer-nationalpark.de royal-frysk.de ostseevision.de muez.de aldebaran.org weichtiere.at tk-logo.de kinder-tierlexikon.de studiserver.de/ostsee Kieler Nachrichten-Januar/dpa de.wikipedia.org 27