Die Auswirkungen von Druck auf die Schwimmphysiologie von Aalen

Hintergrund und Zielsetzung

Während seiner ozeanischen Laichwanderung in die etwa 6000 km entfernte Sargassosee führt der Europäische Aal tägliche Vertikalwanderungen mit Amplituden von mehreren hundert Metern durch, welche bereits in den küstennahen Schelfbereichen beginnen. Dabei werden die Aale mit beträchtlichen Änderungen des hydrostatischen Drucks konfrontiert. Mit Änderungen von 0,1 MPa (1 bar) pro 10 m Wassertiefe ist dieser hinsichtlich seiner Variabilität mit anderen physikalisch-chemischen Parametern, wie Temperatur, Salinität, Sauerstoffgehalt oder Licht, durchaus vergleichbar.

Der Einfluss des hydrostatischen Drucks auf marine Lebewesen ist jedoch komplex und in vivo nur schwer von der Wirkung anderer Faktoren zu trennen. Das Thünen-Institut für Fischereiökologie hat daher in einem früheren Projekt („Anpassung und Weiterentwicklung von innovativen, nicht-invasiven Monitoringsystemen und Auswerteverfahren für die Fischereiforschung“ AutoMAt; WP4 „Wie wandern Blankaale zurück ins Meer“), gemeinsam mit dem Anlagenbau-Betrieb Kunststoff-Spranger GmbH aus Plauen, drei druckgesteuerte Strömungstunnel mit Respirometerfunktion entwickelt. Diese ermöglichen es erstmals, den Einfluss des hydrostatischen Drucks bei definierten Schwimmgeschwindigkeiten auf den Energiehaushalt von Aalen über einen längeren Zeitraum zu untersuchen.

In Kooperation mit der Universität Innsbruck arbeiten wir daran, den Einfluss von Druck auf den Metabolismus des Europäischen Aals während der Laichwanderung zu untersuchen und mögliche Auswirkungen von Umwelteinflüssen wie Parasiten und Schadstoffen auf die Schwimmfähigkeit besser zu verstehen. Darüber hinaus soll untersucht werden, inwieweit die Reifung der Gonaden den Energieverbrauch von Aalen während des Schwimmens beeinflusst.   

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes SPEER werden umfangreiche Versuche zur Schwimmphysiologie des Europäischen Aals unter regelbaren Überdruckbedingungen durchgeführt. Die begleitenden Untersuchungen finden auf molekularer (RNAsequencing, Enzymaktivität), gewebespezifischer (Schwimmblase und Gonaden) und gesamtorganismischer Ebene (Respiration) statt. Geplant ist, die Aale unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, Temperaturen und Drücken auszusetzen, die sich an den Bedingungen in der Natur orientieren.

Zudem sollen die Versuche mit Aalen durchgeführt werden, die in verschiedenen deutschen Flüssen aufgewachsen sind und daher ihre Laichwanderung mit besseren oder schlechteren Ausgangs­bedingungen etwa hinsichtlich Parasitenbefall und Schadstoffbelastung antreten. Diese Versuche sollen Aufschluss darüber geben, inwieweit schädliche Umwelteinflüsse die Wanderung beeinträchtigen und damit unter Umständen eine erfolgreiche Reproduktion verhindern.

Ergebnisse

In einer Reihe von Schwimmversuchen in einem Schwimmtunnel mit Respirometerfunktion haben wir die Auswirkungen unterschiedlicher Temperaturen und hydrostatischer Drücke auf den Sauerstoffverbrauch von Aalen untersucht. Um die Auswirkungen und Wechselwirkungen von Druck und Temperatur auf den Sauerstoffverbrauch zu quantifizieren, wurden die Aale während des Schwimmens drei unterschiedlichen Temperaturen (19°C, 15,5 °C und 12°C) und zwei Drücken (1 und 8 bar) ausgesetzt. Es wurde keine Wechselwirkung zwischen Temperatur und Druck detektiert, die Ergebnisse zeigten aber eine Zunahme des Sauerstoffverbrauchs bei höheren Temperaturen.

In einem zweiten Ansatz wurde ermittelt, ob der Energiebedarf weiblicher Aale durch eine fortschreitende Reifung der Gonaden beeinflusst wird. Zu diesem Zweck wurden den Tieren über einen Zeitraum von bis zu 136 Tagen Hormone injiziert, welche die Gametogenese induzierten und vorantrieben. Die vorläufigen Daten deuten einen leichten Anstieg des O₂-Verbrauchs mit fortschreitender Reifung an, was auf einen erhöhten Energiebedarf durch den Gonadenaufbau hindeutet.

Unter der Leitung unserer Projektpartner von der Universität Innsbruck wurde die Wirkung von Dauerschwimmen unter erhöhtem hydrostatischem Druck auf die Schwimmblasenfunktion untersucht. Es wurden Transkriptions-Analysen in Gasdrüsenzellen durchgeführt und ein Effekt von Anguillicola crassus-Befall auf die Genexpression gezeigt.