Faszination Meeresforschung

Es werden Zusammenhänge zwischen dem Leben im Meer und den physikalischen Rahmenbedingungen, wie Temperatur, Salzgehalt und Dichte, sowie den Strömungen erklärt. Dabei werden Prozesse von kleinräumigen Bewegungen bis hin zu den globalen Umwälzbewegungen behandelt. Beispiele zu Messmethoden vermitteln darüber hinaus Eindrücke über die instrumentellen Anforderungen und die Arbeit auf See.

Dieses Kapitel entführt den Leser in die biogeochemische Betrachtungswelt des Lebens im Meer. Es wird gezeigt, dass marine biologische Prozesse gewaltige Mengen an Kohlenstoff aufnehmen und transportieren und das Meer damit eine zentrale Rolle im globalen Kohlenstoffkreislauf spielt. Diese Rolle könnte sich jedoch durch den Klimawandel und andere menschliche Einflüsse verändern. Hierzu werden Schlüsselfaktoren und denkbare Kausalketten vorgestellt.

Das Pelagial ist der Lebensraum des freien Wassers mit allem, was darin schwimmt und driftet, vom winzigen Bakterioplankton über Phyto-, Zooplankton und Fische bis hin zu den den riesigen Walen. In welchen Bereichen und Tiefen leben die unterschiedlichen Organismen? Horizontale und vertikale, tages- und jahreszeitliche Wanderungen sowie die Wechselwirkungen zwischen den unterschiedlichen Organismengruppen und ihre Rolle im Nahrungsgefüge werden erläutert.

Auf einer virtuellen Weltreise von der Arktis über den Nordatlantik und die Nordsee durch die Tropen und das Küstenauftriebsgebiet des Benguelastroms vor Südwestafrika bis in die Antarktis vergleichen wir die unterschiedlichen marinen Lebensräume und ihre Nahrungsnetze. Wie wirken sich die Unterschiede in der Produktivität und im Nahrungsangebot auf die dort lebenden Tiere des Pelagials aus? Welche spezifischen Anpassungen und Lebensstrategien ermöglichen es Schlüsselarten des Zooplanktons und der Fische, in den jeweiligen Lebensräumen zu überleben?

Dieses Kapitel beschreibt die Vielfalt des Lebens im Meereis der Arktis und Antarktis. Es gibt Einblicke in den gegenwärtigen Stand der Forschung am Beispiel aktueller Projekte und zeigt zukünftige Forschungsperspektiven auf. Es beleuchtet den Einfluss des globalen Klimawandels auf das marine Ökosystem der Arktis.

Tiergemeinschaften am Meeresboden sind auf komplexe Weise von Vorgängen in der Wassersäule abhängig. Prozesse am Meeresboden beeinflussen andererseits die pelagischen Lebensgemeinschaften. Änderungen an der Meeresoberfläche (Erwärmung, pH-Erniedrigung, Planktonumschichtung, Verschiebung von Hochproduktionsgebieten etc.) können sich bis in Meerestiefen von über 4000 m auswirken. Die Tiefsee ist also nicht nur durch Jahrhunderte andauernde Austauschprozesse mit der Meeresoberfläche verbunden, Wechselwirkungen können tatsächlich innerhalb weniger Tage oder Wochen stattfinden.

Das Kapitel beschreibt das Phänomen Auftrieb im Ozean und skizziert seine physikalischen Ursachen. Es schildert das Leben in Auftriebssystemen und beschreibt, wie grundlegend Klimastörungen, wie der El Niño im pazifischen Raum, die Lebensbedingungen in Auftriebssystemen verändern können. Es wird die große wirtschaftliche Bedeutung von Auftriebssystemen aufgezeigt und auf die derzeit viel diskutierte Bedeutung dieser Gebiete für das Weltklima und seine zukünftige Entwicklung eingegangen.

Das Bakterioplankton ist an vielen biogeochemischen Stoffumsatzprozessen im Meer maßgeblich beteiligt. Seine Biomasse übersteigt die des Phyto- und Zooplanktons mehrfach, und sein Wachstum und seine Biomasseproduktion werden durch Protozoenfraß und Vireninfektion reguliert. Bakterien tragen zur Bildung und zum Abbau von Meeresschnee bei und beeinflussen den Sinkfluss des organischen Materials. Mittels aktueller molekularbiologischer und Genomsequenzierungsmethoden gewann man in den vergangenen zehn Jahren einen guten Einblick in die Artenvielfalt und Biogeografie des Bakterioplanktons.

Das Phytoplankton besteht aus im Meer treibenden einzelligen Pflanzen, die nur mithilfe eines Mikroskops oder durch moderne molekularbiologische Techniken identifizierbar sind. Phytoplankton tritt zeitweilig massenhaft in Planktonblüten auf, die auch giftig sein können. Phytoplankton leistet einen wichtigen Beitrag zur globalen Sauerstoffproduktion und zur Reduktion von Kohlendioxid aus der Atmosphäre und ist von wachsender Bedeutung im Klimawandel.

Im Teil Zooplankton wird das breite und vielfältige Spektrum von Organismen des Holoplanktons von einzelligen Protisten bis zu metergroßen Quallen vorgestellt. Kurz wird auf das Vorkommen und die Ernährung der verschiedenen Organismengruppen eingegangen, etwas ausführlicher bei den häufigsten Gruppen der Metazoen, den Krebsen (Crustaceen), Manteltieren (Tunicaten) und Nesseltieren (Cnidariern).

Der Antarktische Krill nimmt durch seine zirkumpolare Verbreitung, seine enorme Biomasse und sein Schwarmverhalten eine Schlüsselfunktion für eine Vielzahl von Räubern und zukünftig vielleicht auch für die menschliche Nutzung ein. Die enge Verknüpfung seines Lebenszyklus mit dem winterlichen Packeis macht die Art jedoch anfällig gegenüber Klimaveränderungen. Gelatinöse Salpen (Manteltiere) profitieren hingegen von wärmeren Bedingungen. Durch ihre opportunistische Lebensweise werden sie leicht zu Nahrungskonkurrenten des Krill. Eine Schwächung der Krillpopulation wird sich zwangsläufig auf die Krillkonsumenten auswirken.

Mikroplastik stellt eine ernst zu nehmende Belastung für die Meeresumwelt dar. Neben Quellen und Eigenschaften von Mikroplastikpartikeln werden ihre Auswirkungen auf Meeresorganismen sowie die Herausforderungen bei der Erforschung dieser Form der Umweltverschmutzung besprochen. Aufgrund der geringen Größe der synthetischen Partikel sind ihre Identifizierung und Quantifizierung in der Umwelt technologisch sehr anspruchsvoll. Das Verständnis der Wirkung von Mikroplastikpartikeln auf die Tiere und Pflanzen des Meeres ist ein Ziel aktueller Meeresforschung.

Tintenfische sind die am höchsten entwickelten Wirbeltiere. Mit etwa 1000 Arten haben sie alle Lebensräume des Meeres erobert, wobei sie erstaunliche Anpassungen entwickelt haben. Formenvielfalt, Riesenwuchs, ein äußerst hochentwickeltes Nervensystem, ihre athletischen Schwimmleistungen, die beeindruckenden Fangorgane und ihre zentrale Position im marinen Ökosystem sind einige der Attribute, die diese faszinierenden Lebewesen charakterisieren und sie zu einem begehrten Forschungsobjekt in der marinen Biologie machen.

In diesem Kapitel werden typische Merkmale der Meeresschildkröten zusammen mit den sieben heute lebenden Arten vorgestellt sowie ihre Ernährung und ihr ungewöhnliches Fortpflanzungs- und Heimfindeverhalten erläutert. Eine Vielzahl von Gefährdungen (Nutzung durch den Menschen, Plastikmüll, Klimawandel etc.) verdüstern die Zukunft der Meeresschildkröten und verdeutlichen die Notwendigkeit von Schutzmaßnahmen zur Arterhaltung dieser faszinierenden Reptilien.

Die Bedeutung der hohen Fruchtbarkeit der Knochenfische für den biologischen Energiefluss wird beschrieben. Unübersehbare Mengen von Knochenfischlarven ernähren sich oberflächennah von kurzlebigen Planktonorganismen, wodurch ein großes Nahrungsdepot für Karnivore in Form langlebiger Fischbiomasse entsteht. Infolge eines ausgeprägten, oft kannibalistischen Fischkonsums wird dieses Reservoir von den Fischen selbst am intensivsten genutzt. Indem größere Lebensstadien kleinere fressen, gelingt es den Knochenfischen, sich Nahrungsenergie auf mehreren Trophiestufen verfügbar zu machen.

Der arktische Polardorsch und der Antarktische Silberfisch haben sich so gut an die polaren Bedingungen angepasst, dass sie zu den dominanten Fischarten in den polaren Küstenmeeren wurden. Extrem niedrige Wassertemperaturen und monatelange Eisbedeckung stellen Herausforderungen dar, denen die beiden Fischarten unabhängig voneinander auf oft frappierend ähnliche Weise begegnen. In diesem Kapitel werden körpereigene Frostschutzmittel und andere Anpassungen an das Leben im Eismeer vorgestellt.

Was verstehen wir unter einem Seevogel? Wie ist es möglich, dass so unterschiedliche Lebensformtypen und Anpassungskonzepte wie Pinguin und Albatros ein erfolgreiches Leben im Meer ermöglichen? Gibt es ökologische Gemeinsamkeiten aller Seevögel trotz des unterschiedlichen Aussehens? Wie erklären sich die Unterschiede im Bauplan aus evolutiver Sicht? Schließlich: Wie lassen sich die großräumigen Verbreitungsmuster der verschiedenen Seevogelgruppen, ihre Baupläne und Ernährungsweisen aus der Produktivität der verschiedenen Regionen des Weltmeeres erklären?

Neben der Biologie der Schweinswale werden insbesondere die aktuellen Bestandsentwicklungen der Schweinswalpopulationen in der Ostsee sowie die für ihren Schutz erforderlichen Forschungsaktivitäten vorgestellt. Moderne akustische Methoden zur Bestandserfassung dieser Kleinwale erlauben die Bestimmung regionaler und saisonaler Verbreitungsmuster. Basierend auf diesen Forschungsdaten lassen sich zielgerechte Schutzmaßnahmen entwickeln.

Die Weltmeere sind der größte Lebensraum der Erde. Von den flachen Küstengewässern bis in die dunkle Tiefsee wird ihr Boden von einer immensen Vielfalt „exotischer“ Lebewesen, dem Benthos, besiedelt. Wissenschaftler bringen Licht in das Dunkel und Ordnung in die Mannigfaltigkeit. Sie untersuchen die Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften und das Funktionieren der Ökosysteme am Meeresboden, und sie erkunden die Folgen des Umweltwandels in diesem einzigartigen und noch kaum erforschten Lebensraum.

Der Tiefseeboden bedeckt über 60 % der Erdoberfläche und stellt einen riesigen Lebensraum dar, der Forscher immer wieder vor Herausforderungen stellt. Er beherbergt eine enorme Anzahl und Vielfalt an Mikroorganismen, die eine bedeutende Rolle für die Stoffkreisläufe der Erde spielen. Neue Techniken der Tiefseeforschung und Molekularbiologie ermöglichen hierbei immer neue Einblicke in die faszinierende Welt der Tiefsee. Die Erforschung der mikrobiellen Vielfalt bleibt eine der spannendsten Aufgaben der Zukunft.

Die Lebensvielfalt mariner Ökosysteme wird durch eine Reihe ökologischer Umwelteinflüsse maßgeblich geprägt. Dieses Kapitel erläutert anhand von Beispielen und Hypothesen, welche dieser „treibenden Kräfte“ in den Polargebieten am wichtigsten sind. Hierzu zählen Eisbergstrandungen, die besonders das artenreiche antarktische Bodenleben zunächst kleinräumig zerstören, die darauf folgende Wiederbesiedlung kann aber diversitätserhöhend wirken. In Kaltwasserkorallenriffen der Nordhalbkugel werden durch biologische Wechselwirkungen zusätzliche ökologische Nischen für eine reiche Begleitfauna erschlossen.

Blühende symbiontische Gemeinschaften aus Tieren und chemosynthetischen Bakterien leben weit entfernt unter der Meeresoberfläche auf dem kargen Boden der Tiefsee. Obwohl nie ein Sonnenstrahl dorthin vordringt und nur eine verschwindend geringe Menge an Nahrung diese lebensfeindlichen Regionen erreicht, sind die chemosynthetischen Symbiosen der Tiefsee enorm produktiv. Ihre Entdeckung hat unser Verständnis der Möglichkeiten, die das Leben auf unserer Erde nutzen kann, auf mehr als eine Weise revolutioniert – denn sie war völlig unerwartet.

Die Vielfalt der Küstenökosysteme lässt sich am besten entlang von fünf Gradienten ordnen: vom Land ins tiefe Wasser, vom Wellenschlag zur stillen See, vom Fels zum Schlamm, vom Salz- zum Süßwasser und von den Polen zum Äquator. Die vom Menschen stark umgeformten Küsten benötigen für eine nachhaltige Entwicklung unbedingt auch biologische und ökologische Forschungen.

Marine Hartbodengemeinschaften gehören zu den artenreichsten und produktivsten Systemen des Meeres. Sie beherbergen Tausende Arten von Algen, wirbellosen Tieren und Protozoen, Pilzen und Bakterien. In ihrer Vielfalt und weltweiten Verbreitung erfüllen Hartbodengemeinschaften zahlreiche Ökosystemdienste. Ihr Zustand und ihre Funktion sind jedoch möglicherweise durch verschiedene Facetten des globalen Wandels gefährdet: Erwärmung, Sauerstoffmangel, Überdüngung, Versauerung oder Bioinvasionen. In diesem Kapitel beschreiben wir Entstehen und Bestehen, Funktion und Gefährdung dieser wertvollen Ökosysteme.

Neben ausgedehnten sandigen und schlickigen Wattflächen bilden biogene Hartböden wie Muschelbänke und Austernriffe Lebensräume von hoher Biodiversität im Wattenmeer. Auch für das ökologisch bedeutsame Seegras ist eine Erholung der Bestände feststellbar. Dieses Kapitel charakterisiert anhand der Nahrungsbeziehungen die unterschiedlichen Lebensräume entlang von Weichbodenküsten und erläutert, wie diese zur Funktionalität des Gesamtsystems Wattenmeer beitragen.

Das Kapitel gewährt Einblicke in die Welt der bodenlebenden Mikroalgengemeinschaften und beleuchtet ihre ökologische Rolle genauer. Insbesondere ihre Funktion als Primärproduzenten sowie als gut verfügbare und hochwertige Nahrungsquelle für Konsumenten steht hierbei im Mittelpunkt. Des Weiteren erhält der Leser Einblick in die faszinierende Vielfalt dieser Mikroorganismen, die weit über die rein makroskopische Betrachtungsweise dieser Organismen als schleimige, braungrüne Biofilme hinausgeht.

Großalgen sind bedeutende Ökosystemingenieure, die vielen assoziierten Tieren als Lebensraum, aber auch als Nahrung dienen. Diese fundamentalen Beiträge von Großalgen zu den Ökosystemfunktionen können in ihrer Bedeutung je nach Standort variieren. Exzessives Wachstum von Großalgen durch Nährstoffeinträge oder die Überfischung von Weidegängern kann ein schwerwiegendes ökologisches Problem darstellen, wenn Korallenriffe überwuchert werden oder der bakterielle Abbau der Algenbiomasse zu Sauerstoffarmut führt. In diesem Kapitel werden die Funktionsweise, die Bedeutung, aber auch die Gefährdung von Großalgengemeinschaften beleuchtet.

Mangroven sind tropische Wälder der Gezeitenzone und Ästuare. Die dortigen Umweltbedingungen haben zu speziellen Anpassungen der Mangrovenbäume geführt. Im Vergleich zu tropischen Regenwäldern sind Mangroven artenarm, bieten aber einer Vielzahl von Tieren Lebensraum. Sie werden auch von der lokalen Bevölkerung als Quelle für Nahrung, Brennholz, Medizin etc. genutzt. Zahlreiche Meerestiere verbringen Teile ihrer Lebenszeit in Mangroven. Seit Jahrzehnten werden Mangrovenflächen mit einer Rate vernichtet, die weit über der anderer tropischer Wälder liegt. Nur ein effektives Küstenzonenmanagement wird langfristig den Schutz und die nachhaltige Nutzung der Mangroven ermöglichen.

Korallenriffe gehören zu den wertvollsten, aber auch zu den bedrohtesten Ökosystemen auf unserem blauen Planeten. In den letzten Jahrzehnten wurde zwischen einem Drittel und der Hälfte der Korallenriffe schwer geschädigt oder zerstört, und in vielen Riffen ist die Bedeckung mit lebenden Korallen um mehr als die Hälfte zurückgegangen. Dieses Kapitel bietet einen Rundgang durch diese einzigartige Schatzkammer der Meere, seine Plünderung durch den Menschen und seine Zukunft im Zeitalter galoppierenden Klimawandels.

Dieses Kapitel deckt den breiten Themenkomplex zum Leben in der Ostsee ab. Es beschreibt neben den vorherrschenden physikalischen Prozessen, wie z.B. den Austausch von Wassermassen mit der Nordsee, die Abhängigkeit der Lebensgemeinschaften der Bakterien, des Planktons, der Bodengemeinschaften, Säugetiere und Fische von den abiotischen Faktoren, und behandelt Folgen des Klimawandels sowie die menschlichen Einflüsse auf das Ökosystem. Es wird ein Überblick über die letzten 10.000 Jahre gegeben, um das heutige Meer besser zu verstehen. Abgerundet wird das Kapitel mit Betrachtungen zum politischen Handeln, um Nährstoffe zu reduzieren oder Schutzmaßnahmen einzuleiten.

Marine Ökosysteme sind besonders in den Schelfgebieten einer Vielzahl von Belastungen durch den Menschen ausgesetzt – sei es durch Fischerei, Baumaßnahmen, Gewinnung von Bodenschätzen oder durch Einträge vom Land und durch die Schifffahrt. Diese Eingriffe sind in einer Tabelle zusammengefasst. Innerhalb der letzten 50 Jahre ist auf nationaler, regionaler, europäischer und globaler Ebene ein umfangreiches Regelwerk von Gesetzen, Verordnungen und Vereinbarungen entstanden, um der verschiedenen Gefährdungen Herr zu werden.

Laut jüngstem Sachstandsbericht des Weltklimarats sind viele aktuelle Veränderungen auf den Kontinenten und in den Weltmeeren auf den Klimawandel zurückzuführen. Die menschengemachten CO₂-Emissionen sind Haupttreiber des globalen Temperaturanstiegs; CO₂ wird aber auch in Meerwasser gelöst und verursacht dadurch eine Versauerung der Ozeane. Gleichzeitig führen die zunehmende Erwärmung, Schichtung und Eutrophierung der Meere regional unterschiedlich zu verstärktem Verlust von Sauerstoff. Wirken Erwärmung, Versauerung und Sauerstoffarmut zusammen, reagieren Meeresbewohner besonders empfindlich auf den Klimawandel.

Durch die Verbrennung fossiler Energieträger und veränderte Bodennutzung steigt der Gehalt an Kohlendioxid in der Atmosphäre. Ein großer Teil des Kohlendioxids wird von den Ozeanen aufgenommen und reagiert dort mit dem Meerwasser. Durch die Bildung von Kohlensäure versauern mit zunehmender Kohlendioxidaufnahme die Meere. Während kalkbildende Organismen (Kalzifizierer) durch die Versauerung beeinträchtigt werden, profitieren möglicherweise andere, meist nicht-kalzifizierende, Organismen von der Ozeanversauerung. Es ist daher wahrscheinlich, dass sich als Folge der Versauerung die marinen Ökosysteme verändern und ihre Artenvielfalt verringern wird.

Der menschengemachte CO₂-Anstieg und die dadurch verursachte Ozeanversauerung wirken auf alle Meeresorganismen. Bei Tieren kann die Sensitivität gegenüber erhöhten CO₂-Werten sehr unterschiedlich ausfallen und begründet sich vermutlich in der Fähigkeit zur extrazellulären pH-Regulation. Die beobachteten Reaktionen gegenüber Ozeanversauerung reichen von Verhaltensänderungen bei Fischen und verlängerter Entwicklungsdauer bei Krebsen bis hin zur Wachstumsabnahme bei Muscheln und reduzierter Kalkbildung bei Korallen.

Klimafolgenforschung sollte immer mit ökosystemaren Untersuchungen gekoppelt sein. Ozeanografen und Meteorologen sind gefragt, die physikalischen Bedingungen und Folgen der globalen Veränderungen zu erfassen und möglichst auch vorherzusagen. Das Studium von Modellorganismen, wie am Beispiel des Helgoländer Hummers und des Nordischen Krill gezeigt, ist hilfreich, um die Reaktionen der Lebewelt im Einzelnen abschätzen zu können. Ökophysiologische und damit kombinierte populationsgenetische Untersuchungen geben dazu wichtige Hinweise.

Zunehmend werden fremde Organismen über die internationalen Schifffahrtswege und durch den Austausch von Aquakulturorganismen in heimische Meeresökosysteme eingeschleppt. Sie stammen meist aus wärmeren Gebieten und finden mit der Klimaerwärmung geeignete Lebensbedingungen in Nord- und Ostsee vor. Hier können sie tiefgreifende Auswirkungen auf das Vorkommen und die Wechselwirkungen heimischer Organismen haben. Nur international abgestimmte Bemühungen zur Prävention der Einschleppung sowie ein großflächiges und andauerndes Überwachungssystem können dem Zustrom an Exoten entgegenwirken.

Die Fischerei hat meistens negative Schlagzeilen. Im Bewusstsein der Deutschen spielt sie eine untergeordnete Rolle. Aber wie wichtig ist sie wirklich für die Welternährung? Welche Prinzipien liegen dem Fischereimanagement zugrunde? Das Kapitel gibt einen kurzen Einblick in die Bedeutung von Fisch als Nahrungsmittel und in die Grundlagen für die Abschätzung der Bestände und einen nachhaltigen Umgang mit der wohl wertvollsten Eiweißquelle für den Menschen.

Die Meere sind erschöpflich, wie wir heute wissen. Nachhaltiges Fischereimanagement ist theoretisch möglich und seit Jahrzehnten von den Vereinten Nationen beschlossen, aber bisher kaum umgesetzt worden. Die Fischereiforschung muss umdenken – weg von dem Ziel der maximalen Ausbeutung, hin zum Wiederaufbau von gesunden Fischbeständen in gesunden Ökosystemen.

Der Zustand der genutzten Fischbestände weltweit und in europäischen Gewässern ist vielfach besser, als landläufig angenommen wird. Die entscheidende Rolle spielt dabei eine nachhaltige Bewirtschaftung. Das Kapitel zeigt am Beispiel des Herings, des Nordsee-Kabeljaus und des Nordost-Arktischen Kabeljaus, wie sich das europäische Fischereimanagement entwickelt hat und welche Herausforderungen für Wissenschaft und Politik bevorstehen. Außerdem wird auf bedrohte marine Fischarten eingegangen.

In den ersten acht Jahrzehnten des 20. Jahrhunderts wurden in den antarktischen Gewässern über 2,1 Mio. Wale gefangen; dabei wurde eine Walart nach der anderen dramatisch dezimiert. In diesem Kapitel werden die Geschichte des antarktischen Walfangs und die – lange Zeit vergeblichen – Bemühungen der Wissenschaftler um seine Regulierung dargestellt, und es wird der heutige Zustand der Bestände mit ersten Anzeichen einer Erholung skizziert.

Fast die Hälfte der weltweit durch Marikultur erzeugten Biomasse sind Makroalgen. Die unterschiedlich gelierenden Bestandteile ihrer Zellwände (Hydrokolloide) werden industriell genutzt. Offensichtlicher für den Verbraucher ist die Verwendung als Lebensmittel, z.B. die Rotalge Pyropia als Nori für Sushi. Es wird erklärt, warum diese Produkte teuer sind.

Die Nachfrage nach Fisch und anderen Meeresfrüchten steigt weltweit. Während der Fischfang stagniert, hat die wirtschaftliche Bedeutung der Aquakultur, besonders in Südostasien, in den letzten Jahren stark zugenommen. Sie stellt weltweit den am schnellsten wachsenden Sektor der Nahrungsmittelherstellung dar. Sie ergänzt zunehmend den Fischfang als Quelle von Speisefisch und könnte zur wichtigsten Proteinquelle aus dem Meer werden. Marikulturen in großem Stil bedeuten Belastungen der küstennahen Ökosysteme. Moderne Methoden versuchen, diese Gefährdungen, insbesondere die Eutrophierung, zu verringern.

Forschungsschiffe sind ein wesentliches Instrument der unterschiedlichen Disziplinen in der Meeresforschung. Kurz beschrieben werden die Schiffe der deutschen Forschungsflotte, die vom küstennahen Bereich bis zur Hohen See im Einsatz sind. Dargestellt wird ihre Rolle als Forschungs- und Sammelplattform, aber auch als Lebensraum für die Wissenschaftler. Anhand des Forschungsschiffs Maria S. Merian wird der generelle Aufbau eines typischen interdisziplinären Forschungsschiffs vorgestellt.

Um für ozeanische Prozesse ein umfassendes Verständnis und Vorhersagemöglichkeiten entwickeln zu können, wurden – neben den traditionellen Momentaufnahmen – besonders seit der Jahrtausendwende an ausgewählten Standorten auch Langzeituntersuchungen begonnen. Der Hausgarten des Alfred-Wegener-Instituts in der Framstraße ist ein Stationsnetz in der Grenzzone des eisbedeckten Ostgrönlandstroms und des nordwärts gerichteten warmen atlantischen Wassers. Er erstreckt sich vom Flachwasser vor Spitzbergen bis in die Tiefsee. Verankerte, vollautomatisierte Mess- und Sammelgeräte gewinnen kontinuierlich Datensätze wichtiger physikalischer und geochemischer Umweltparameter. Biologische Daten und Proben werden regelmäßig von Forschungsschiffen gesammelt und zur Variabilität der Umweltparameter im Verlauf des derzeitigen Klimawandels in Beziehung gesetzt.

Für die Wissenschaft ist die Frage, wer noch zu einer bestimmten biologischen Art gehört und welche Individuen bereits eine andere Art repräsentieren, von grundsätzlichem Interesse. Lange standen fast nur morphologische Merkmale für die Identifizierung von Arten zur Verfügung. In den letzten zwei Jahrzehnten jedoch ist die Erbsubstanz DNA selbst als Datenquelle hinzugekommen. In diesem kurzen Kapitel wird u.a. die molekulargenetische Identifizierung kryptischer Arten von Meerestieren beschrieben.

Naturforscher versuchen seit Jahrhunderten, die biologische Vielfalt der Erde zu beschreiben und zu klassifizieren. In jüngerer Zeit werden dazu immer häufiger DNA-Sequenzen genutzt, die durch die rasante Entwicklung in der Molekulargenetik und Bioinformatik in großen Mengen erarbeitet und zur Stammbaumanalyse genutzt werden können. Die Zeitmaschine DNA ermöglicht so Zeitreisen in die evolutive Vergangenheit.

In diesem Kapitel werden Modelle als „virtuelle Laboratorien“ der Meeresökologie vorgestellt. Mit Modellen kann Wissen aus verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen integriert werden, um komplexe Sachverhalte zu analysieren und für zukünftige Szenarien zu extrapolieren. Es wird ein kurzer Überblick über verschiedene Modellentwicklungen im marinen Bereich gegeben und dann anhand sehr unterschiedlicher Fragestellungen (Bildung von Fischschwärmen, benthische Konkurrenz in Korallenriffen, Dynamik und Nutzung der nordatlantischen Fischgemeinschaften) die Potenziale von Modellen erläutert.

Das Kapitel skizziert eingangs die Entwicklung der Meeresforschung in Deutschland seit dem Ende des 19. Jahrhunderts. Charakteristisch für die heutige deutsche Meeresforschung sind ihre historisch gewachsene institutionelle Vielfalt und ihre Verteilung auf ein Dutzend Standorte entlang der Küsten der Nord- und Ostsee zwischen Oldenburg und Greifswald. Es bestehen eine enge Zusammenarbeit zwischen den Universitäten, den außeruniversitären Instituten der Grundlagenforschung und den anwendungsorientierten Bundesforschungsanstalten sowie eine feste Einbindung in regionale und globale Forschungsprogramme.