Seegräser im Fossilbericht: Polwanderung in Warmzeiten der letzten 100 Millionen Jahre

Seegräser breiten sich seit Jahren in Richtung der Pole aus, angetrieben durch steigende Meerestemperaturen und damit in Regionen, die für sie bislang ungewohnt waren. In der Forschung galt das lange als typisches Kennzeichen der heutigen Erwärmung.

Ein Blick in die Erdgeschichte rückt dieses Bild jedoch zurecht. Eine neue Auswertung zeigt: Schon vor Millionen Jahren folgten Seegräser demselben Muster – in jeder grossen Warmphase der letzten 100 Millionen Jahre wanderten sie polwärts, um bei anschliessender Abkühlung wieder zurückzuweichen.

Den Fossilbericht systematisch durchforsten

Geleitet wurde die Studie von Fernando Tuya, Meeresbiologe an der University of Las Palmas de Gran Canaria (ULPGC) auf den spanischen Kanarischen Inseln.

Er und sein Team sichteten die Fachliteratur und sammelten jeden eindeutig bestätigten Seegras-Fund aus Fossilien. So entstand eine Datenbasis mit 77 Nachweisen, verteilt auf beide Hemisphären.

Zeitlich reichten die Funde von der Kreidezeit (zur Zeit der Dinosaurier) bis in die jüngere geologische Vergangenheit. Erhalten blieben überwiegend Blätter, deutlich seltener Früchte oder Samen.

An rund einem Drittel der Fundorte tauchte mehr als eine Art auf – ein Hinweis darauf, wie artenreich manche historischen Seegraswiesen gewesen sein könnten.

Die meisten Fossilien stammen aus Ablagerungen, die unter warmen Bedingungen entstanden. Drei Viertel der Nachweise liegen in warm-gemässigten Zonen; aus Umgebungen, die kaltem Wasser ähneln, wurden dagegen so gut wie keine Funde gemeldet.

Drei Entwicklungslinien, drei unterschiedliche Muster bei Seegräsern

Heutige Seegräser verteilen sich auf mehrere Äste des Evolutionsbaums. Das Team konzentrierte sich auf drei Linien: eine vorwiegend tropische Linie, eine zweite, zu der das Schildkrötengras gehört, sowie eine jüngere Gruppe rund um das Aalgras.

Bei den ersten beiden Linien lagen Fossilien teils weit ausserhalb der Breitengrade, in denen ihre heutigen Nachfahren vorkommen. Ihre warmwasserliebenden Vorfahren drangen in Zonen vor, die heute eher von kühlerwasserangepassten Seegräsern – oder gar von keinen Seegräsern – besetzt sind.

Das Aalgras zeigte ein anderes Verhalten. Diese Linie ist vergleichsweise jung und hat ihren Ursprung in kühleren Gewässern.

Entsprechend fanden sich Aalgras-Fossilien nahe an den Bereichen, die moderne Vertreter heute einnehmen. Das passt zum Alter der Linie von weniger als 15 Millionen Jahren und dazu, dass sie von Beginn an an kühlere Bedingungen gekoppelt war.

Wärme zog die Vorkommen polwärts

Setzten die Forschenden die Lage jedes Fossils in Beziehung zur jeweiligen globalen Temperatur, ergab sich ein eindeutiges Muster: In warmen Erdzeitaltern lebten Seegräser weiter weg vom Äquator, in kühlen Phasen zogen sie sich wieder Richtung Tropen zurück.

Besonders deutlich war dieses Signal bei der tropischen Linie und bei der Aalgras-Gruppe. In den vergangenen 66 Millionen Jahren pendelte das Erdklima zwischen heissen Perioden und ausgeprägten Kaltzeiten; die dafür verwendeten Temperaturrekonstruktionen stammten aus einer Studie aus dem Jahr 2020.

Grosse Distanzen stellten dabei offenbar selten die entscheidende Hürde dar. Bruchstücke des Rhizoms (des kriechenden Sprosses, aus dem Triebe und Wurzeln wachsen) können über ganze Ozeanbecken verdriftet werden – die Ausbreitung wurde daher vor allem durch das Klima begrenzt, nicht durch die Verbreitungsmöglichkeiten.

Eine obere Grenze für den Wärmeeffekt

Mehr Wärme begünstigte die Ausdehnung – allerdings nicht unbegrenzt. Laut den Modellen nahm die polwärts gerichtete Ausbreitung mit jedem Grad Erwärmung zu, bis zu einer globalen Oberflächentemperatur von etwa 18 °C (65 °F). Danach flachte der Trend ab.

Diese Sättigung passt zu dem, was Biologinnen und Biologen von heutigen Arten kennen. Viele moderne Seegräser wachsen am besten in mässig warmem Wasser, nicht in den heissesten tropischen Meeren – dort liegen sie häufig bereits nahe an Temperaturen, die sie nicht mehr tolerieren.

Jenseits einer bestimmten Schwelle wird Wärme zur Belastung statt zum Vorteil. Zudem fehlt in hohen Breiten während langer Wintermonate Licht; Seegräser benötigen zum Überleben 10–20 % des Oberflächenlichts – eine weitere Grenze, die sich nicht allein durch wärmere Temperaturen verschieben lässt.

Leben nahe an den thermischen Grenzen

Für die heutigen Ozeane ist diese Obergrenze ein unangenehmes Echo. Eine aktuelle Untersuchung kam zu dem Ergebnis, dass Seegrasbestände weltweit im Mittel nur etwa 5 °C (9 °F) unter ihrer Hitzetoleranz liegen. Im Roten Meer und im Golf von Mexiko schrumpft dieser Puffer sogar auf unter 3 °C (5 °F).

Die Meereserwärmung verläuft inzwischen nicht mehr als langsamer Prozess über geologische Zeiträume. Marine Hitzewellen sind heute so heftig, dass sie Populationen innerhalb eines einzigen Sommers über ihre Grenzen treiben können – mit Massensterben von Aalgras auf beiden Seiten grosser Ozeanbecken.

Marine Hitzewellen über 30 °C (86 °F) haben die Verbreitung des Aalgrases bereits nach Norden verschoben: Bestände im Süden gingen zurück, während nördliche Vorkommen zulegen konnten.

Gerade die Anpassungsfähigkeit, die Seegräser einst polwärts trug, könnte nun zur entscheidenden Voraussetzung werden, damit moderne Bestände überhaupt überleben.

Verborgene Aussterben im Fossilmaterial

Unterhalb der geographischen Muster steckt ein weiterer Befund: Das Team erfasste eine grosse Zahl fossiler Arten – deutlich mehr, als es mit den rund 70 heute lebenden Arten gibt. Das deutet stark darauf hin, dass es während Warm- und Kaltphasen erhebliche Verluste gab.

Klimaschwankungen der Vergangenheit verschoben Seegräser also nicht nur räumlich. Sie dürften Bestände auch in voneinander getrennte Restpopulationen zerschnitten haben, von denen sich manche nie erholten. Neuere genetische Arbeiten zeigen zudem, dass Aalgras bis heute Spuren der Rückzüge während der Eiszeiten trägt.

Dass nahe verwandte Arten häufig ähnliche Klimavorlieben behalten, wirkt dabei in beide Richtungen: Es erleichtert die polwärtige Verfolgung von Erwärmung, kann Linien aber gleichzeitig in die Enge treiben, wenn es am Ende keinen ausreichend kühlen Rückzugsraum mehr gibt.

Lehren für sich erwärmende Meere

Bislang war die polwärtige Verschiebung in Warmzeiten nur für einige wenige fossile Seegräser aus einzelnen Becken belegt. Tuyoas Team erweiterte den Blick nun auf den gesamten Fossilbericht und bezog zugleich die drei wichtigsten heute existierenden Entwicklungslinien ein.

Seegräser können dem Klima folgen – entkommen können sie ihm nicht. In der Vergangenheit vergrösserte wärmeres Wasser ihre Reichweite Richtung Pole; zugleich bewahrte es sie nicht vor Aussterben, wenn sich Bedingungen schneller änderten, als Populationen sich anpassen konnten.

Für Küstenmanagement und Renaturierungsprojekte, die heutige Seegraswiesen im Blick haben, ist die Konsequenz klar: Wer die bestehenden Bestände erhalten will, muss mitdenken, wohin sie künftig ausweichen können – nicht nur, wo sie heute wachsen.