Biologie: Winter im See

Dichteanomalie des Wassers

Ohne die Dichteanomalie des Wassers wäre ein Überwintern im See kaum möglich. Vermutlich hätte sich in unseren Breiten ohen sie fast überhaupt kein höheres Leben in Seen entwickeln können. Aber was stimmt nicht mit der Dichte des Wassers?

Anders als alle anderen Stoffe, hat festes Wasser, also Eis, eine geringere Dichte als flüssiges. Es schwimmt also. Wäre das nicht so, würde das an der Oberfläche entstehende Eis absinken und der See dadurch von unten nach oben durchfrieren. Da Wasser aber mit einer Temperatur von vier Grad die höchste Dichte hat, sinkt dieses am weitesten ab. Ein Gewässer friert also erst dann bis zum Grund durch, wenn sich der gesamte Wasserkörper unter 0 Grad abkühlt. Bis dahin ist er aber schon von einer schützenden Eisschicht überzogen, die auch eine isolierende Wirkung hat. Außerdem hat Wasser eine sehr hohe Wärmekapazität. Das bedeutet, dass es sehr viel Energie speichern kann, ihm also sehr viel Energie entzogen werden muss, um abzukühlen. Daher ist es fast ausgeschlossen, dass größere Gewässer durchfrieren. Wasserlebende Tiere und Pflanzen können also darin überleben. Zunächst kühlen die oberen Wasserschichten ab. Mit den kräftigen Herbst- und Winterstürmen durchmischt sich der Wasserkörper und hebt die Schichtung, die wir als Taucher im Sommer als Sprungschichten wahrnehmen, auf. Das Gewässer und hat dann eine einheitliche Wassertemperatur von 4°C. Kühlt das Oberflächenwasser noch weiter ab, schwimmt das kältere Wasser auf dem schwereren, 4°C kalten Wasser und es entsteht erneut eine stabile Temperaturschichtung.

Das Leben im See bereitet sich bereits im Herbst auf den Winter vor, selbst dann wenn es eigentlich noch relativ warm ist, denn die Tage werden kürzer, die Lichteinstrahlung geringer und viele Pflanzen können so nicht mehr ausreichend Fotosynthese betreiben. Sie lassen daher größere Teile absterben. In nur wenigen Wochen verändert sich der Lebensraum dadurch komplett, denn Nahrungsketten werden unterbrochen und Versteckmöglichkeiten gehen verloren. Zeit also, das Leben nur noch auf Sparflamme weiterzuführen. Wassertiere sind darin Meister.

Dauerstadien

Viele Mikroorganismen sterben im Herbst ab, bilden aber Dauerstadien, aus denen im Frühjahr eine neue Generation heranwächst. Gut zu beobachten ist das z. B. bei Wasserflöhen. Die kleinen, sich „hüpfend“ fortbewegenden Krebse bilden im Spätherbst Dauereier aus, die die Kälte und sogar Trockenheit problemlos überstehen. Mit den Dauereiern werden zwei Strategien verfolgt: ein Teil sinkt auf den Grund und überwintert im Schlick. Ein anderer Teil treibt an die Wasseroberfläche, wo er vom Wind verdriftet wird. Da die Eier auch im Gefieder von Wasservögeln hängenbleiben, können sie so zu benachbarten Gewässern transportiert werden, und so weitere Lebensräume erschließen.

Auch einige Süßwasserschwämme bilden kleine, runde Überdauerungsstadien, die Gemmulae. Auch sie überstehen Trockenheit und Minustemperaturen. Gemmulae sind keine Eier. Die kleinen, goldgelben Kugeln, enthalten viele nicht differenzierte Zellen, also Zellen aus denen sich später alle verschiedenen Zelltypen entwickeln können, die ein Süßwasserschwamm besitzt.

Amphibien

Die meisten Amphibien verlassen im Herbst die Gewässer und suchen sich ein frostsicheres Winterquartier unter Laub, größeren Steinen oder in Erdhöhlen. Als wechselwarme Tiere fährt ihr Stoffwechsel so weit herunter, dass sie in eine Winterstarre verfallen bis die Frühlingssonne sie wieder aufwärmt. Es gibt aber auch einige Amphibien, wie den Grasfrosch, die sich in den schlammigen Grund eines Gewässers eingraben und dort den Winter überdauern. Solche Beobachtungen führten zu der bis ins Mittelalter fortbestehenden Annahme, dass Frösche aus Schlamm, also Leben spontan entstehen könnte. In besonders kalten und langen Wintern treten allerdings bei fast allen Amphibien, egal wo und wie sie überwintern, sehr große Verluste auf. Einigen, wie dem nordamerikanischen Waldfrosch, der auch „Eisfrosch“ genannt wird, kann selbst das Einfrieren dank verschiedener Gefrierschutzsubstanzen nichts anhaben. Er kann komplett im Eis eingeschlossen werden, ohne dass seine Organe und Zellen verletzt werden. Sein Blut enthält v. a. Glucose. Die Zuckerkonzentration ist extrem hoch, man könnte aus einem gefrorenen Waldfrosch ein Wassereis machen, es wäre genauso süß. Ein Stückchen Leber vom Waldfrosch ist süßer als Cola.

Fische

Fische haben nicht die Möglichkeit, das Gewässer zu verlassen oder sich einfrieren zu lassen. So graben sich viele Arten, z. B. die Schleien und Karpfen, ebenfalls in den Schlamm am Gewässergrund ein oder ruhen dort mit einem stark reduzierten Stoffwechsel. In eine echte Winterstarre verfallen sie aber nicht, trotzdem ist ihr Stoffwechsel auf ein Minimum beschränkt. So genügt ihnen das Fett, das sie sich im Sommer angefressen haben zum Überleben. Sie können aber immer noch aufschrecken und fliehen. Da das viel Energie kostet, sollte man als Eistaucher auf jeden Fall auf Abstand bleiben. Andere, wie zum Beispiel ein Teil der Seesaiblinge, die sogenannten Grundlaicher, werden erst im Herbst und Winter richtig aktiv. Für sie ist es die Zeit der Paarung und Eiablage.

Im Frühjahr dann, mit steigenden Temperaturen, kommt der See wieder in Bewegung. Die oberen Wasserschichten erwärmen sich und mit der Wärme kommt überall das Leben wieder hervor. Inklusive der Taucher, die nun ebenfalls wieder aus der Winterruhe erwachen.

Wolfgang Zucht

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