Die Geschichte des Ozeans, erzählt von winzigen, wunderschönen Fossilien

Foto: von Stéphane Pruzsina auf Pexels

Zahlreiche Foraminiferenreste zeigen, wie Organismen auf Klimastörungen in der Vergangenheit reagierten. Sie können auch helfen, die Zukunft vorherzusagen.

Von Tim Vernimmen 28.05.2025

Klimawandel und Artenschwund sind die beiden größten Umweltkrisen, mit denen die Menschheit heute konfrontiert ist. Doch wie sie sich gemeinsam auswirken, lässt sich nur schwer vorhersagen. Idealerweise würden Wissenschaftler untersuchen, wie das Leben auf der Erde auf frühere Perioden drastischen Klimawandels reagiert hat. Doch die Fossilienfunde der meisten Arten sind lückenhaft.

Eine Ausnahme bilden allerdings die Fossilien der Foraminiferen: Sie sind überall zu finden.

Diese einzelligen Meeresorganismen sind in Schalen eingeschlossen, die oft aus Kalziumkarbonat bestehen, dem Hauptbestandteil von Kreide (die aus den Schalen von Foraminiferen und anderen Lebewesen gewonnen wird, die nach ihrem Tod auf den Meeresboden regnen). Ihr lateinischer Name bezieht sich auf die Löcher, die die verschiedenen Kammern in ihren oft wunderschönen Schalen verbinden. Ein Rand aus Fortsätzen, der um die Schale herumragt, ermöglicht ihnen die Nahrungssuche und -aufnahme.

„Wenn man sich einen lebenden Foraminiferen ansieht, sieht er aus wie ein kleines Sandkorn, umgeben von einem großen Sonnenstrahl aus rotzigen Tentakeln“, sagt der Paläozeanograph Chris Lowery von der University of Texas in Austin.

Die meisten Foraminiferenarten leben auf dem Meeresboden, doch Paläontologen interessieren sich besonders für planktonische Arten, die im offenen Wasser schweben. Aufgrund ihrer erstaunlichen Anzahl und kurzen Lebensdauer findet man ihre Fossilien weltweit auf dem Meeresboden.

Dies ermöglichte es Forschern, detailliert zu rekonstruieren, welche Arten in der Vergangenheit unter dem Klimawandel gediehen und welche litten. Dies gelang durch die Untersuchung der Schalen und der darin enthaltenen chemischen Spuren. „Wenn man ein wenig Chemie an einer Foraminiferenschale anwendet, kann man beispielsweise die Wassertemperatur während ihres Wachstums rekonstruieren“, sagt der Mikropaläontologe Andy Fraass von der University of Victoria in Kanada. „Sie können uns also viel über die Bedingungen im Ozean verraten.“

Forscher untersuchen die Fossilien, indem sie in Meeresablagerungen bohren und so Schicht für Schicht die Kalkschalen freilegen. Je tiefer sie vordringen, desto weiter blicken sie in die Vergangenheit. „Man kann eine Schlammröhre vom Meeresboden hochziehen und entlang ihrer Länge Proben entnehmen. Jede dieser Röhren enthält Tausende von Foraminiferen: eine detaillierte Aufzeichnung ihrer lokalen Geschichte“, sagt Lowery.

Massenaussterben

Diese Art von Forschung hat dazu beigetragen, zu enthüllen, dass planktonische Foraminiferen erstmals in der Jurazeit vor etwa 180 Millionen Jahren auftauchten und eine schwere Krise erlebten, als vor etwa 66 Millionen Jahren ein Asteroid die Erde traf . „Alle reden davon, dass die Dinosaurier damals ausgestorben sind“, sagt der Mikropaläontologe Paul Pearson vom University College London, „aber wir kennen die Details der Ereignisse anhand von Foraminiferenfossilien. Zunächst gibt es viele, dann bildete sich unmittelbar nach dem Einschlag eine deutliche Schicht, und danach sind es nur noch sehr wenige.“

Der Einschlag verdampfte Gestein und setzte große Mengen Schwefel und Staub frei. „Das und der Rauch der vielen Brände blockierten jahrelang das Sonnenlicht“, sagt Lowery, der 2016 an einer Meeresbohrexpedition teilnahm, die den vom Asteroiden hinterlassenen Krater untersuchte. „Dies verhinderte die Photosynthese der Algen am unteren Ende der marinen Nahrungskette und führte zum Zusammenbruch vieler Ökosysteme.“ Foraminiferen, die weit von der Oberfläche entfernt am Tiefseeboden lebten und sich weiterhin von den Überresten toter Organismen ernähren konnten, überlebten größtenteils, doch neun von zehn Planktonarten starben aus.

Nach diesem Massenaussterben dauerte es etwa 10 Millionen Jahre, bis sich die Artenvielfalt der Foraminiferen erholte , berichteten Fraass und Lowery 2019. „Wenn Arten aussterben, ist es, als würde ein großer Ast ihres Stammbaums abbrechen“, sagt Fraass. „Und es braucht viel Zeit, um genügend Vielfalt wiederherzustellen, damit ein Ast nachwachsen kann.“

Doch für diejenigen, die das Blutbad überlebten, eröffnete sich daraus eine neue Chance. „Da so viele Arten verschwunden sind, gibt es weniger Konkurrenz um ehemals seltene Ressourcen, und selbst ungewöhnliche Individuen haben möglicherweise eine Chance und sind vielleicht sogar überraschend erfolgreich“, sagt die Meeresökologin Tracy Aze von der Universität Plymouth im Vereinigten Königreich.

Bald nach dem Einschlag sei eine neue Art von Foraminiferen aufgetaucht, sagt Pearson, „mit Stacheln besetzt, die ihnen möglicherweise geholfen haben, zu schwimmen und mehr Nahrung zu fangen.“

Heiß und kalt

Während der Niederschlag des Asteroiden, der die Sonne blockierte, eine Phase starker Abkühlung verursachte, klingt die nächste große Krise unheimlich vertrauter: Vor etwa 56 Millionen Jahren stieg die Durchschnittstemperatur auf dem Planeten um bis zu 5 Grad Celsius, möglicherweise aufgrund der Treibhausgasemissionen durch Vulkanaktivitäten.

_{Foraminiferen am Meeresboden in tiefen Gewässern wurden schwer getroffen, wahrscheinlich weil der hohe CO2} -Einstrom in den Ozean eine Versauerung verursachte, die ihre Kalkschalen schädigte – solche Auswirkungen sind in großen Tiefen am stärksten. Dieses Mal starben jedoch nur wenige Planktonarten aus, unter anderem weil die Foraminiferen der Wärme entkamen und in kältere Gebiete auswanderten.

„In den Tropen war es mit Wassertemperaturen von bis zu 40 Grad Celsius möglicherweise zu heiß für sie zum Überleben“, sagt Aze. „Aber wir beobachten, dass viele tropische Arten in gemäßigteren Gebieten vorkommen – während gemäßigte Arten sich polwärts verlagerten, wie sie es heute wieder tun.“ Viele Foraminiferen fanden im Südpolarmeer rund um die Antarktis oder in dessen Nähe Zuflucht .

Ein weiteres Massenaussterben begann vor etwa 33,9 Millionen Jahren. Auslöser war ein starker Temperaturabfall im sogenannten Eozän-Oligozän-Übergang. Dies kündigte eine allmähliche Abkühlung an, die in der jüngsten Eiszeit gipfelte . „Wir nennen das Oligozän scherzhaft Uglyozän“, sagt Aze. Alle seltsamen und wunderbaren planktonischen Foraminiferen verschwanden, nur einige kleine, schmucklose Exemplare blieben übrig. „Wir wissen nicht genau, warum.“

Wie zuvor bot diese große Krise auch große Chancen, und neue Arten entwickelten sich mit neuen Gewohnheiten und Lebensräumen. Strömungen, die von den Polen ausgingen, führten zu zunehmenden Temperaturunterschieden zwischen den Ozeanschichten, die in Äquatornähe ihren Höhepunkt erreichten. Dies führte zu einem breiteren Spektrum an Bedingungen, die eine reiche Artenvielfalt ermöglichten.

In einer Studie aus dem Jahr 2023 zeigten Aze und andere, dass die globale Verbreitung der Foraminiferenvielfalt vor etwa 15 Millionen Jahren ungefähr das heutige Niveau erreichte: Sie war in Äquatornähe am größten und nahm in Richtung der Pole allmählich ab.

Ungewisse Zukunft

Was sagen uns diese vergangenen Ereignisse darüber, was wir hinsichtlich der Vielfalt der Foraminiferen – und anderer Arten – auf einem Planeten erwarten können, der sich heute rapide erwärmt?

In einer Studie aus dem Jahr 2023 nutzten Pearson und Kollegen Daten von Foraminiferenfossilien, um das Schicksal der Dämmerzone des Ozeans, einer Region 200 bis 1.000 Meter unter der Oberfläche, vorherzusagen. Sie schätzten, dass die Nahrungsversorgung, die die Mitte dieser Zone erreicht, in einem Szenario milder Erwärmung, in dem der durchschnittliche globale Anstieg der Oberflächentemperatur unter zwei Grad Celsius bleibt, um mehr als 20 Prozent zurückgehen wird. Im unwahrscheinlichen Fall eines Temperaturanstiegs von sechs Grad bis 2100 wird sie um bis zu 70 Prozent sinken. Der Grund dafür ist, dass die Erwärmung die Zerfallsrate herabfallender organischer Abfälle erhöht, sodass weniger davon die Dämmerzone erreicht.

Dies würde wahrscheinlich verheerende Auswirkungen auf diesen riesigen, aber wenig erforschten Teil der Welt haben, der vielen Meerestieren, die nach Beute tauchen, sowie einzigartigen Arten wie Laternenfischen, die tagsüber dorthin hinabsteigen, einen wichtigen Lebensraum bietet.

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Schon jetzt, so Aze, verlagern Organismen als Reaktion auf die globale Erwärmung ihre Verbreitungsgebiete polwärts. Wissenschaftler haben parallel dazu einen Rückgang der Foraminiferenvielfalt rund um den Äquator festgestellt. „Das wird sich wahrscheinlich noch verstärken“, sagt sie.

Obwohl einige Arten vorübergehend Zuflucht finden könnten, indem sie sich in Richtung der Pole bewegen, könnte das Tempo des Klimawandels für viele Arten zu schnell sein. Eine Studie über Foraminiferentrends aus dem Jahr 2024 ergab, dass deren Bestand in den letzten 80 Jahren um fast 25 Prozent zurückgegangen ist.

Das könnte ein schlechtes Zeichen für die Artenvielfalt anderer Lebewesen sein, die oft dem Trend der Foraminiferen folgen. Da sich die Foraminiferen als Gruppe von mehreren Massenaussterben erholt haben, ist ihr Verschwinden sehr unwahrscheinlich, sagt Fraass. Die Erholung könnte jedoch lange dauern, und der Einfluss des Menschen macht Vorhersagen für die nahe Zukunft besonders schwierig. Oder wie Lowery es ausdrückte: „Fragen Sie mich in ein paar tausend Jahren noch einmal.“