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Ohridsee in Mazedonien : Spielplatz der Evolution

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Der Schatz im Ohridsee, hier von den Galičica-Bergen aus betrachtet, das sind seine Wasserlebewesen. Sie gedeihen, obwohl – oder gerade weil es an Nährstoffen mangelt. Bild: Tom Wilke

Der Ohridsee im Südwesten Mazedoniens existiert bereits seit Jahrmillionen. Hier entwickelten sich Arten, die es nirgendwo sonst gibt – warum? Forscher lüften jetzt die Geheimnisse des ältesten europäischen Binnengewässers.

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          Meter für Meter sinkt die weiße Plastikscheibe in die blaugrüne Tiefe. Selbst als das Ende des fünfzehn Meter langen Seils fast erreicht ist, kann Torsten Hauffe das Instrument zur Sichtmessung noch gut erkennen: „Das Wasser ist sehr nährstoffarm, deswegen entwickelt sich kaum Plankton, das die Sicht trübt“, erklärt der Biologe aus Gießen, während er sich über die Bordwand lehnt. Seine Secchi-Scheibe wäre in den meisten deutschen Seen jetzt längst nicht mehr zu sehen gewesen. Doch die liegen mehr als 1500 Kilometer weit entfernt.

          Unter unseren Füßen schwankt das kleine Forschungsschiff auf dem Ohridsee in Mazedonien. Über rund dreißig Kilometer schmiegt sich das Süßgewässer zwischen die Berge an der Grenze zu Albanien. Das klare Blau funkelt einladend in der Sonne, und zur Badesaison im Sommer werden einheimische Touristen die Szenerie von Ohrid bestimmen, der mit rund 40 000 Einwohnern größten Stadt am nordöstlichen Ufer. Jetzt, Mitte Mai, hingegen erscheint ein Sprung ins bis zu 300 Meter tiefe Nass wenig angebracht, es wäre unangenehm kalt.

          Eines der seltenen Stillgewässer der Erde

          „Ein schöneres Forschungsgebiet kann man sich kaum wünschen“, schwärmt Tom Wilke, Professor für Spezielle Zoologie und Biodiversitätsforschung an der Universität Gießen, während das Schiff wieder Fahrt aufnimmt. Seit 2003 reisen seine Mitarbeiter mehrmals im Jahr hierher. Sie nehmen die lange Tour – Flug nach Skopje und dann per Minibus weiter quer durchs Land – nicht in erster Linie zum Baden oder Schwimmen auf sich. Mit dem See hat es für sie eine viel wichtigere Bewandtnis, denn er ist in Europa einzigartig: Er gehört zu den seltenen Stillgewässern der Erde, die bereits seit Hunderttausenden bis Millionen von Jahren existieren (siehe „Was sind schon 10 000 Jahre?“).

          Diese Kontinuität macht solche Langzeitseen zu einem besonderen Experimentierfeld der Evolution. Über zig Generationen können Arten entstehen, die an die Bedingungen ihres Heimatgewässers angepasst und ausschließlich darin zu finden sind. Bekanntes Beispiel für die Entwicklung solch endemischer Arten sind die bei Aquarianern beliebten Buntbarsche der Grabenseen Ostafrikas: Aus ein paar wenigen Flussbewohnern entstanden Hunderte stark spezialisierte und mitunter farbenprächtige Vertreter dieser Fischfamilie.

          „Größte Dichte endemischer Arten weltweit“

          Im Ohridsee zählten die Zoologen bisher mehr als 200 Tierarten, die nur hier vorkommen. Und wenn man diese Zahl auf die Größe des Sees beziehe, „besitzt er die mit Abstand größte Dichte endemischer Arten weltweit“, sagt Wilke. An Farbenpracht mangelt es allerdings, und die hübsch getüpfelte Ohridforelle gilt trotz aller Fangverbote nach wie vor als überfischt. Nur durch die künstliche Aufzucht ihrer Brut werden die Bestände aufrechterhalten: Drei Zuchtstationen ziehen aus den Eiern von wildlebenden Forellen Jahr für Jahr rund 3,5 Millionen Jungfische auf und entlassen sie als sogenannte Fingerlinge in den See.

          Zum Schutz des begehrten Speisefisches wurde vor 80 Jahren das Hydrobiologische Institut in Ohrid gegründet, heute können sich die Forscher und ihre Kooperationspartner auch wieder anderen Fragen widmen. Wilke beispielsweise interessiert sich für Wasserschnecken, die vor allem auf oder unter Steinen leben und mit bloßem Auge kaum zu unterscheiden sind. Von den etwa 70 hier lebenden Arten sind mindestens 50 nirgendwo sonst zu finden.

          Auf Schneckenjagd

          Wilke schickt sein Team deshalb immer wieder auf Schneckenjagd, auch an diesem Tag im Mai. Nach einer guten Stunde Fahrt haben wir die Steilküste am südöstlichen Ufer erreicht. Skipper Zoran manövriert das Schiff dicht an einen der einsam gelegenen Kiesstrände heran. Mit einem Bodengreifer holt Christian Albrecht, einer von Wilkes langjährigen Mitarbeitern, nun Muschelschalen und Kieselsteine vom Grund. Dass auf einigen der größeren Brocken Wasserdeckelschnecken der Art Ochridopyrgula macedonica sitzen, sieht der Schneckenexperte selbst ohne Lupe, für Laien sind es bloß ein paar dunkle Punkte.

          Die Evolution brachte limnologische Winzlinge hervor: die Wasserschnecken.
          Die Evolution brachte limnologische Winzlinge hervor: die Wasserschnecken. : Bild: Tom Wilke

          An Bord beginnt das Sortieren. Einige Exemplare werden später das Archiv im Gießener Institut bereichern, das nach zehn Jahren intensiver Sammeltätigkeit bereits 13 000 Schnecken und Gewebeproben umfasst. Sie stehen für weitere morphologische und genetische Analysen bereit: „Von den Schnecken können wir eine Menge über die Mechanismen und Muster lernen, nach denen die Evolution neue Arten hervorbringt“, erklärt Tom Wilke.

          Kein Gebirge wölbte sich plötzlich empor, kein Erdrutsch trennte die Populationen – im Ohridsee gelten die klassischen Erklärungsmodelle der Artbildung nicht. Wie entstehen also aus einer Spezies zwei, die sich nicht mehr miteinander fortpflanzen können, wenn jede Schnecke zwar langsam, aber ungehindert umherkriechen kann? „Viele der endemischen Arten haben sich stark auf bestimmte Mikrohabitate spezialisiert und besetzen auf diese Weise ihre eigene Nische, in der sie sich optimal behaupten können“, erklärt Torsten Hauffe. Er veranschaulicht es am Beispiel zweier Spezies: „Ochridopyrgula macedonica sitzt in kleinen Vertiefungen auf der Oberseite von Steinen, die Gattung Lyhnidia stankovici nur auf der Unterseite, zudem findet sich diese nur in unterseeischen Quellen in der Nähe des Südostufers.“

          Wie entstehen innerhalb kurzer Zeit neue Spezies?

          Solche Karstquellen, die sich wiederum beim Kloster Sveti Naum zunächst in einen idyllisch gelegenen Teich ergießen, liefern dem Ohridsee rund ein Viertel seines Wassers. Sie werden vor allem aus dem benachbarten, wesentlich flacheren Prespasee gespeist. Zwischen den beiden Binnengewässern liegen die Galičica-Berge, deren poröses Karstgestein offenbar wie ein Filter wirkt, der selbst kleinste Organismen von einer Reise aus dem einen See zum anderen abhält.

          Die Gießener Zoologen zieht es an den Ohridsee, um herauszufinden, in welchem Tempo die Evolution neue Arten hervorbringt. Über Jahrmillionen hinweg in stetigem Tempo? Oder wechseln sich eher Phasen des Stillstands mit solchen des Umbruchs ab, in denen innerhalb kurzer Zeit neue Spezies entstehen? So hatten es die amerikanischen Biologen Niles Eldredge und Stephen Jay Gould im Jahr 1972 als Theorie des punctuated equilibrium postuliert. Sollte tatsächlich ein solches durchbrochenes Gleichgewicht gelten, stellt sich wiederum die Frage, welche äußeren Faktoren als Triebkräfte wirken: Veränderungen des Klimas oder des Wasserhaushalts, geologische Ereignisse?

          Wie gemalt wirken die Felsen von Veli Dah – und sind doch Fundort interessanter Spezies.
          Wie gemalt wirken die Felsen von Veli Dah – und sind doch Fundort interessanter Spezies. : Bild: Tom Wilke

          Antworten in den Sedimenten am Grund des Sees

          Die Antworten auf all diese grundlegenden Fragen wären auch in den aktuellen Debatte hilfreich, wenn über die Bedrohung der Biodiversität durch den globalen Klimawandel und durch Eingriffe des Menschen in die Umwelt diskutiert wird. „Langzeitseen bieten uns die einmalige Chance, die Artbildung in einem relativ isolierten System zurückzuverfolgen und mit erdgeschichtlichen Veränderungen abzugleichen“, sagt Tom Wilke. Das Erbgut der heute lebenden Organismen kann Auskunft über ihre Stammesgeschichte geben. Um aber etwas über die wechselhaften Umweltbedingungen zu erfahren, die diese beeinflussten, muss auf ein anderes Archiv zurückgegriffen werden: die Sedimente am Grund des Sees.

          Es ist eine natürliche Datensammlung aus Schwebstoffen und tierischen wie pflanzlichen Überresten, aber auch vom Wind eingetragenen Partikeln. Wurde nichts durcheinandergebracht, lassen sich Klimaveränderungen, tektonische Aktivitäten und Vulkanausbrüche damit gut nachverfolgen.

          Im Ohridsee sind die Verhältnisse ideal: „Im zentralen Becken sind die Ablagerungen bis zu 700 Meter mächtig und zeigen eine gleichmäßige, ungestörte Schichtung“, sagt der Kölner Geologe Bernd Wagner. Bei der Exkursion in diesem Mai geht es ihm allerdings vor allem darum, die Kontakte zum hiesigen Hydrobiologischen Institut zu stärken. Die sind nicht immer unkompliziert, denn wie in vielen Bereichen des öffentlichen Lebens in Mazedonien trifft man auch hier neben sehr ausgeprägter Gastfreundschaft auf undurchschaubare interne Grabenkämpfe, postsozialistisches Hierarchiedenken und Pfründenwirtschaft. Doch das Team um Wilke und Wagner schätzt die Fachkenntnisse und die Unterstützung der mazedonischen Kollegen um den Biologen Sasho Trajanovski.

          Auswertung der Tiefenbohrung

          Deren Hilfe war insbesondere nötig, als im Frühjahr 2013 die für das Projekt besonders bedeutsame Tiefenbohrung anstand. Mit großen Aufwand wurde damals eine schwimmende Bohrplattform hierherverfrachtet, so dass die Forscher an mehreren Stellen bis zu 565 Meter tief in den Grund vordringen konnten. Was in wochenlanger Plackerei mittels Stahlröhren an die Oberfläche geholt wurde, transportierte man anschließend gekühlt nach Köln, wo die Geologen nun alle Stücke nach und nach auswerten.

          Natürliches Archiv: Bis zu 565 Meter tief ist man ins Sediment eingedrungen, um an den Bohrkernen die Geschichte des Sees abzulesen.
          Natürliches Archiv: Bis zu 565 Meter tief ist man ins Sediment eingedrungen, um an den Bohrkernen die Geschichte des Sees abzulesen. : Bild: Niklas Leicher

          „Die Bohrkerne liefern ein fast lückenloses Archiv der Seegeschichte, wie das in dieser Länge und Perfektion noch in keinem vergleichbaren Bohrprojekt gelungen ist“, meint Wagner. Selbst mit bloßem Auge erkenne man grünliche Schichten aus Warmzeiten, eiszeitliche Ablagerungen sowie Asche, die auf Aktivitäten der italienischen Vulkane in der jüngeren Erdgeschichte hinweist. Die Details zur mediterranen Klimageschichte sollen Hightech-Verfahren in den kommenden Monaten und Jahren liefern, etwa durch die Röntgenfluoreszenzanalyse der Proben, in denen sich auch gläserne Panzer von Kieselalgen und Schneckengehäuse finden.

          Anhand dieses Materials will Bernd Wagner die geologischen Ereignisse und Umweltbedingungen über einen Zeitraum von mehr als einer Million Jahre rekonstruieren – und zwar aufs Jahrzehnt genau. „Schon jetzt lässt sich sagen, dass der See in seiner heutigen Form zwischen 1,2 und 2 Millionen Jahre alt ist“, sagt der Geologe. Das freut die Biologen um Tom Wilke, denn die von ihnen genetisch bestimmten Stammbäume deuteten längst darauf hin, dass die meisten endemischen Tierarten vor rund 1,5 bis 2,5 Millionen Jahren ihren Anfang nahmen. Nur widersprach das den zwei bis zehn Millionen Jahren, auf die das Alter des Ohridsees bisher geschätzt wurde.

          Stabile Bedingungen ohne Einwirkung äußerer Ereignisse

          Sein Ursprung gab lange Zeit Rätsel auf und gilt jetzt als geklärt. Vor fünf bis zwölf Millionen Jahren soll noch eine Verbindung zum Meer bestanden haben, so vermutete man. Rippen und Dornen auf den Gehäusen mancher Schnecken, wie sie für marine Arten typisch sind, dienten als Beleg. Die Stammbäume lassen jedoch annehmen, dass schon ihre Vorfahren im Süßwasser lebten. „Das wird nun durch Flusskieselsteine bestätigt, die gegen Ende der Bohrung zutage kamen. Sie sprechen ebenfalls dafür, dass der See ursprünglich aus einer Karstsenke entstanden ist, die sich über Quellen und Bäche mit Wasser füllte“, erklärt Wilke. Die eigentümliche Gestalt der Tiere sowie ihre Tendenz zu extremem Kleinwuchs hängt wohl mit ihrem langen Endemitendasein zusammen.

          Die Suche nach den Triebkräften der Artbildung dauert an. Allerdings deuten sowohl genetische Indizien als auch Fossilien an, dass sie im Ohrid gleichförmig verlief. „Vermutlich bot der große und tiefe See schon immer recht stabile Bedingungen, in denen sich Arten nach und nach entwickeln konnten, ohne dass Klimaveränderungen oder andere äußere Ereignisse darauf besonders großen Einfluss gehabt hätten“, sagt Wilke.

          Wie stark heute der Mensch ein solches Ökosystem beeinflussen kann, zeigt sich am Ohridsee eindrücklich: überall dort, wo noch immer ungeklärte Abwässer mit ihrer Nährstofffracht die karge Ursprünglichkeit stören.

          Was sind schon 10 000 Jahre?

          Alter ist relativ, auch für einen See. Um unter Limnologen als „Ancient Lake“ oder Langzeitsee zu gelten, sollte ein Stillgewässer wenigstens schon vor Beginn der letzten großen Kaltzeit existiert haben, also seit mindestens 120 000 Jahren, und das ohne Unterbrechung.

          Das Gros ist deutlich jünger. In unseren gemäßigten Breiten entstanden die meisten Seen in ihrer heutigen Form erst, als sich mit Ende der letzten Eiszeit die mächtigen Gletscher zurückzogen und ihr Schmelzwasser die durch sie geschaffenen Bassins füllte. Zu diesen postglazialen Zungenbecken- und Gletscherrandseen, wie sie Geologen nennen, gehören neben dem Bodensee auch die bayrischen Voralpen-Seen; im Norden hinterließen die Gletscher Skandinaviens unter anderem die Mecklenburger Seenplatte.

          Nur wenige große, natürliche Seen Deutschlands haben eine andere Entstehungsgeschichte. So sind die Maarseen der Vulkaneifel Relikte der letzten Aktivitätsphase der dortigen Vulkane vor gut 10 000 Jahren: als heiße Magma auf kaltes Grundwasser traf und zu sogenannten phreatomagmatischen Explosionen führte, die Kraterseen hinterließen.

          Mächtige Sedimentschichten mit zahlreichen Fossilien

          Wirklich alte Seen existieren in Deutschland nur als sogenannte Paläoseen. So hinterließ ein Meteoriteneinschlag vor knapp 15 Millionen Jahren das Steinheimer Becken im heutigen Baden-Württemberg und das benachbarte Nördlinger Ries. Die Löcher in der Erdkruste verwandelten sich für rund zwei Millionen Jahre in enorme Kraterseen, die schließlich verlandeten. Dass in ihnen einmal Wasser schwappte, davon zeugen heute noch mächtige Sedimentschichten mit zahlreichen Fossilien.

          Wie lange ein See existiert, hängt nicht allein von seiner Tiefe ab. Auch das Tempo, mit dem er sich mit Sediment füllt, ist entscheidend. In den oberbayrischen Ammersee beispielsweise gelangen jährlich fast 100 000 Tonnen Geröll und Kies.

          Der natürliche Füllprozess wurde beschleunigt, als man vor knapp hundert Jahren den wichtigsten Zufluss begradigte: Anstatt sich in den Mäandern der Ammer abzusetzen, rauschen die aus den Alpen abtransportierten Gesteinsbrösel seither direkt in den See. Auch feine anorganische Schwebstoffe, die sich Jahr für Jahr rund vier Millimeter dick am Grund absetzen, füllen ihn langsam auf, hinzu kommt organisches Material. Weil das Leben in einem See umso reicher blüht, je mehr Nährstoffe den Pflanzen und Algen an der Basis der Nahrungskette zur Verfügung stehen, kann das durchaus das Ende für einen See bedeuten. Der Ammersee hat mit einem Alter von rund 15 000 Jahren bereits seine Lebensmitte erreicht. In weiteren 15 000 Jahren dürfte er weitgehend von der Landkarte verschwunden sein, schätzen die Fachleute des örtlichen Wasserwirtschaftsamtes Weilheim.

          Günstige Voraussetzungen bei rund zehn Stillgewässern

          Beim Ohridsee in Mazedonien hingegen kommen Faktoren zusammen, die ein hohes Alter ermöglichen. Er liegt in einer tiefen tektonischen Verwerfung, und hinein fließen hauptsächlich Quell- und Regenwasser, somit keine Schweb- und wenige Nährstoffe: Die jährliche Sedimentationsrate liegt unter einem halben Millimeter pro Jahr. Und diese wird teilweise ausgeglichen, weil das Becken sich weiterhin absenkt.

          Wissenschaftler konnten bei rund zehn Stillgewässern der Erde ähnlich günstige Voraussetzungen feststellen, die ihr Dasein als Langzeitseen erklären. Die meisten liegen in gigantischen, von auseinanderdriftenden Kontinentalplatten gebildeten Grabenbrüchen, wie etwa in Ostafrika. Bleiben sie aktiv, wirkt das einer Verlandung entgegen. So ist der Baikalsee in Sibirien mit über 1700 Metern der tiefste See der Welt, sein größtenteils mit Sedimenten aufgefülltes Becken reicht aber bis zu sechs Kilometer tief in die Erdkruste.

          Viktoriasee: Rätsel der Evolutionsbiologie

          Allerdings kann einem See auch schlicht das Wasser ausgehen. So trocknete der ostafrikanische Viktoriasee vor zuletzt rund 15 000 Jahren mehr oder minder komplett aus, weshalb er meist nicht zu den alten Seen gezählt wird, obwohl an seiner Stelle schon Vorläufer existierten. Dass sich heute trotzdem rund 500 endemische Buntbarscharten darin tummeln, gehört zu den großen Rätseln der Evolutionsbiologie.

          Mit Erbgutanalysen konnte das Team um den Biologen Axel Meyer von der Universität Konstanz zeigen, dass diese Tiere tatsächlich von wenigen Spezies abstammen. Nach der extremen Dürre gelangten diese vermutlich aus dem benachbarten Kiwusee in den erneut gefüllten Viktoriasee, und in Rekordzeit bildete sich eine farbenprächtige Vielfalt - die Fische nutzen alle zur Verfügung stehenden Nischen. Was gerade Buntbarsche zu derartigen Evoluzzern macht, ist aber nach wie vor ungeklärt.

          Vor allem in den wärmeren Regionen finden sich uralte Seen, deren Fauna und Flora als hochgradig endemisch gelten. Ihre Gewässer blieben von einer kompletten Vereisung während der Kaltzeiten verschont. Ausnahme von dieser Regel ist der Baikalsee, der mit mehr als 25 Millionen Jahren älteste See der Erde. Aber selbst bei langanhaltendem tiefem Frost schloss sich die Eisdecke offenbar nicht zu einer dicken undurchdringlichen Schicht, die das Leben darin zwangsläufig zunichtemachte. Der Baikalsee ist heute Heimat rund tausend endemischer Spezies, darunter der Baikalrobbe und der Fischfamilie der Tiefwassergroppen. Ihre Vorfahren kümmerte es wohl nicht, wenn sich das Eis an den Ufern des Sees türmte.

          Internet: www.sial-online.org

          Georg Rüschemeyer

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