(Rechte der dt. Übersetzung bei coralsands, Übersetzung: Evi Weilbach)

Introduction:

Alle Meerwasseraquarianer sind sich darüber bewusst, wie störanfällig ihre Aquarien sind. Eine der üblichen Weisheiten lautet: Katastrophen sind schnell passiert, Erfolg braucht Zeit und Geduld. Die Botschaft ist klar: Wenn etwas schief läuft, zeigen sich die daraus resultierenden Probleme oft recht schnell. Im Bewusstsein des heiklen Gleichgewichts des künstlichen Ökosystems tun die Aquarianer alles in ihrer Macht Stehende, damit ihre schönen und teuren Tiere nicht sterben. Viele Hobbyaquarianer haben Schutzmechanismen gegen Stromausfall, Ausfälle des Equipments, Wasserstandsprobleme und chemisches Ungleichgewicht. Es ist ironisch und bedauernswert, dass diese Sicherheitsmaßnahmen größtenteils vergeblich sind, weil gerade das Leben der Tiere, das der Aquarianer zu schützen versucht, durch den Gebrauch von künstlichem Meerwasser bzw. einer schlechten Rezeptur aufs Spiel gesetzt wird, weil er sie so vergiftet.

Unter professionellen Meeresbiologen, besonders diejenigen, die mit wirbellosen Embryonen arbeiten, wurde der durchschnittliche künstliche Meerwassermix als unzureichender Ersatz für das perfekte Medium zur Aufzucht von Meerestieren, nämlich reines Ozeanwasser, angesehen. Dies gilt besonders für empfindliche Organismen wie Embryos (Strathmann, 1987). Maritime Organismen haben sich in natürlichem Meerwasser entwickelt und natürliche Selektion hat ihren Körperbau ganz speziell an dieses Medium angepasst. Viele dieser Organismen haben Wasser durchlässige Haut und das Wohlergehen des Tieres hängt direkt von der Lösung, in der es sich aufhält, ab. Zwar besteht schon eine gewisse Toleranz gegenüber Abweichungen von der Norm, aber diese Toleranz ist größtenteils eher gering und innerhalb der Grenzen natürlicher Schwankungen (Prosser, 1991).

Meerwasser ist nicht einfach nur eine Lösung von Natriumchlorid und Wasser, sondern ist viel eher eine komplexe und bisher nur unvollständig erfasste Mischung von fast jeder Substanz, die auf der Erde vorkommt. Alles, was flussabwärts gespült wird, findet schließlich seinen Weg in die Weltmeere und wird darin eingeschlossen (Pilson, 1998). Das riesige Volumen der Meere sorgt dafür, dass die Konzentration der meisten Substanzen recht niedrig ist, etwa im Bereich von 1:1 Milliarde oder sogar noch weniger. Die Menge 1 Milliardstel ist sehr gering. Um solch eine winzige Einheit zu verdeutlichen, hilft es, einen Vergleich anzubringen. Das Verhältnis 1 Unze (ca. 28 Gramm):1 Milliarde Unzen kann folgendes Beispiel verdeutlichen: Geht man davon aus, dass ein durchschnittlicher Mensch 150 Pfund (75 kg) wiegt, so entspricht dem Verhältnis 1:1 Milliarde Unzen, wenn einer von 416.667 Menschen einen 1 Unze schweren Brief in der Tasche hat. Und dennoch reagieren Organismen auf Konzentrationen von Substanzen, die noch weit niedriger sind als 1:1 Milliarde. (Anm. d. Übersetzerin: ppb = parts per billion entspricht 1:1 Milliarde, ppm = parts per million entspricht 1:1 : Million.)

Auf elementarer zellulärer Ebene hängt das Leben von einer komplexen Reihe zusammenhängender chemischer Reaktionen ab. Diese Reaktionen werden von Enzymen bestimmt und beeinflusst, deren Eigenschaften durch die chemische Zusammensetzung im Zellinneren bestimmt werden. In Meeresbewohnern hängt diese interne Zellumgebung direkt vom Meerwasser ab, das sie umgibt. Zum Beispiel sind Veränderungen des Salzgehaltes oft direkt verantwortlich für Veränderungen im Zellstoffwechsel. Dies gilt besonders für Metall-Ionen im Meerwasser.

Metall-Ionen entstehen durch Lösung bestimmter Metallsalze im Meerwasser, und sie sind oft sehr wichtig für das Funktionieren von Enzymen. In angemessenen Mengen sorgen verschiedene Metall-Ionen dafür, dass die Enzyme die richtige Form haben und entsprechend funktionieren. Kommen sie jedoch in ungünstigen Konzentrationen vor, können die Metall-Ionen in die Enzymstruktur eingreifen und sie verändern. Diese Veränderungen bereiten den Organismen meistens große Probleme. Die geringen Mengen an Kupfer z. B., die normalerweise im Meerwasser vorkommen, sind absolut notwendig für das korrekte Funktionieren des für die Atmung mitverantwortlichen Pigments Hämocyanin bei Gliederfüßern und Weichtieren. Ein leichter Anstieg der Kupfermenge im Wasser führt jedoch auch zu einem Anstieg des Kupfergehalts in den Zellen der Organismen. Dadurch denaturieren wichtige Enzyme, was schließlich zum Tod der Organismen führt.

Kupfer ist nicht das einzige Metall, dessen Ionen mit dem Zellstoffwechsel interagieren. Diese Eigenschaft kennzeichnet besonders diejenigen Metalle, die man als Schwermetalle bezeichnet, z. B. Kupfer, Quecksilber, Eisen, Blei, Silber, Zink, Vanadium, Nickel und eine ganze Reihe mehr. Die bloße Tödlichkeit dieser Materialien gegenüber allen Lebewesen, einschließlich des Menschen, hat dazu geführt, dass die Einleitungen dieser Substanzen in Flüsse und Ozeane reguliert wird. Vor dem Aufkommen vieler organischer Pestizide waren viele der Pestizide einfach Mischungen verschiedener Kupfer-, Zink-, Arsen und Quecksilbersalze sowie anderer Spurenelemente. In natürlichem Meerwasser kommen diese Substanzen normalerweise in sehr geringen Mengen vor und sind somit harmlos. Erhöht man die Konzentrationen jedoch nur leicht, töten sie die Organismen, die im Wasser vorkommen. (Siehe, z. B. Alutoin, et al., 2001; Breitburg et. al. 1999, Goh and Chou, 1992; Heyward, 1988; Negri and Heyward, 2001; Reichelt-Brushett und Harrison, 1999.)

Im Laufe der letzten Jahre habe ich extrem hohe Konzentrationen von Schwermetallen, die in Aquarien vorkommen, dokumentiert und darüber gemutmaßt, dass diese Stoffe für das Sterben oder die Anfälligkeit von Aquarienorganismen verantwortlich sind (Shimek, 2002 a-e). Viele Schwermetalle werden den Aquarien kontinuierlich übers Futter zugesetzt, worauf man ja nicht verzichten kann (Shimek, 2001). Normalerweise bauen die Organismen Schwermetalle ab, indem sie sie unumkehrbar an Proteine in ihrem Körper binden. Dies hat zur Folge, dass sich die giftigen Stoffe im Tier im Laufe seines Lebens ansammeln. Werden solche Organismen zu Aquarienfutter verarbeitet oder direkt verfüttert, werden hohe Dosen von Schwermetall ins Aquariensystem eingebracht.

Ingenieure bei der Armee haben den Leitspruch: die Lösung für Verschmutzung ist die Auflösung (Verdünnung). Dies gilt auch für natürliche Riffe; die teilweise Auflösung von Futter und Ausscheidungen führt zu deren Verteilung und konsequenterweise auch zur Verringerung der Konzentrationen der potenziell toxischen Schwermetalle. Im Aquarium hingegen können sich die Stoffe nicht verdünnen. Zwar entfernen die Filter schon einen Teil dieser Substanzen, aber dies ist kein sonderlich effizienter Prozess (Shimek, 2002 e). Insbesondere, wenn man bedenkt, dass manche dieser Schwermetalle in extrem hohen Konzentrationen vorkommen.

Dennoch resultieren diese hohen Konzentrationen oft weder aus der Art der Fütterung oder der sinnlosen und gefährlichen Zugabe von Zusätzen, in denen dann Schwermetalle enthalten sind, sondern sind in den Rezepturen der Salzmischungen enthalten (Atkinson und Bingman, 1999). Obwohl die potentielle Giftigkeit dieser Rezepturen kommentiert wurde, gab es keine quantitativen Tests dieser Salzmischungen, um herauszufinden, ob sie wirklich giftig für die Organismen sind. Dieser Artikel wird im folgendem von den ersten Tests dieser Art berichten.

Materialien und Methoden:

Eine Standardmethode, um die Vergiftung von Wasser zu testen, sind Versuchstiere. Ein einfacher Toxizitätstest besteht darin, lebende Organismen in das zu testende Wasser zu setzen und ihre Reaktionen zu notieren. Solche Tests werden seit Jahrzehnten standardmäßig durchgeführt, um den Grad der Vergiftung sowohl in Süßwasser als auch in Salzwasser zu testen. Die Methode, für die ich mich entschieden habe, ist eine Variante des üblichen Tests mit Seeigel-Larven. Es gibt weltweit Hunderte von Varianten dieses Tests, mit Abläufen, die auf das jeweilige Projekt und auch das Versuchstier zugeschnitten sind. Ich habe den Test soweit wie möglich vereinfacht, um komplizierte Laborverfahren zu vermeiden. Dadurch habe ich auf bestimmte Informationen, die man durch den Test erhalten könnte, verzichtet. Ich habe mich eher für die Ja/Nein-Herangehensweise entschieden, indem ich mir folgende Frage stellte:

"Hat das künstlich hergestellte Salzwasser einen Effekt auf die Anzahl der Larven, nachdem sie in diesem im Embryonalstadium ausgesetzt waren?"

Um es kurz zu machen, ich platzierte eine ungefähr gleich große Anzahl von Seeigelembryonen (in einem frühen Stadium) in Bechergläsern in verschiedene Arten von Meerwasser. Nach zwei Tagen zählte ich alle Larven, die sich in den Gläsern entwickelt hatten. Anhand der Anzahl der Larven, die man in den einzelnen Lösungen findet, kann man die Unterschiede der jeweiligen Lösungen beurteilen. Zusätzlich wurde die Anzahl der Larven in der Testlösung mit dem Vorkommen im natürlichen Salzwasser verglichen (Negativkontrolle) sowie mit einer Kupferdichlorid, einem bekannten Gift (Positivkontrolle).

Ich testete folgende Salze: Instant Ocean (der Firma Aquarium System), Bio-Sea Marinemix (von Aqua Craft), Crystal Sea Marinemix - Bioassay Formula (von Marine Enterprises International) und Coralife (von Energy Savers Unlimited). Die Produkte Instant Ocean und Coralife wurden von Foster und Smith gekauft, ein ungeöffnetes Päckchen Bio-Sea Marine Mix wurde von einem Meerwasseraquarianer zur Verfügung gestellt. Der Crystal Sea Marinemix - Bioassay Formula wurde direkt vom Hersteller geliefert. Ich testete überdies das Aquarienwasser von zwei Hobbyaquarianern, die mir jeweils eine Gallone davon geschickt haben. Das Wasser wurde in einem gekauften Kanister, der ursprünglich mit destilliertem Wasser gefüllt war, gesammelt und verschickt; das destillierte Wasser war zuvor weggeschüttet worden und der Kanister mit Wasser aus den Aquarien gefüllt. Da das Aquarienwasser vor dem Beginn der Testreihe eintraf, wurde es bis einen Tag vor dem Test eingefroren. Dann wurde es bei Zimmertemperatur aufgetaut. Beide Hobbyaquarianer benutzen in ihrem Wasser Instant Ocean. Einer der Aquarianer verwendet entionisiertes Wasser mit Umkehrosmose, der andere Trinkwasser. Natürliches Salzwasser wurde von der Firma Catalina Water erworben (1605 Pier D Street, Long Beach, California 90802).

Einen Tag vor Ankunft der Versuchstiere setzte ich die zu testenden Salzmischungen an. Alle im Test verwendeten Behälter wurden mit Säure ausgewaschen und in destilliertem Wasser gut ausgespült und anschließend luftgetrocknet. Die Salze wurden bei einem spezifischen Gewicht von 1,024 sowie einer Temperatur von 23,8 °C (75°F), um dem natürlichen Meerwasser möglichst weit zu entsprechen. Diese Messungen wurden mit einem Hydrometer mit der Referenztemperatur von 15,5°C (60°F) durchgeführt und angepasst, um die Differenz zwischen der gemessenen und der Außentemperatur zu kompensieren. Informationen über die Kalibrierung von Hydrometern finden sie online auf diversen Internetseiten.

Von jeder zu testenden Lösung fertigte ich 11 Proben an. 10 davon wurden, sobald der Test gestartet war, in Ruhe gelassen. Die elfte Probe wurde verwendet, um daran die Veränderung während des Tests zu studieren, falls ich es für nötig halten sollte. Jede Probe bestand aus 150 ml der Testlösung in einem neuen ungebrauchten Plastikbecher. Während des Tests wurden die Becher mit Petrischalen aus Plastik abgedeckt, um Verschmutzung und Verdunstung zu verhindern. Es wurde nicht umgerührt oder Luft zugeführt. Um die Lösungen zu kennzeichnen, wurden alle Becher markiert und sie wurden zufällig auf den Tisch in meinem Labor (Büro) gestellt. Der Test lief bei Zimmertemperatur ab, welche zwischen 22,2 und 27,7 °C schwankte. Das ist zwar etwas wärmer als es optimal wäre, aber es liegt noch im Akzeptanzbereich der Spezies.

Die Versuchtiere waren Arbacia punctulata, Seeigel, die an der Ostküste der USA vorkommen. Ich kaufte 12 Seeigel vom Gulf Specimen Aquarium and Marine Supply (PO Box 237, Panacea, FL32346). Diese wurden mir per Luftpost zugestellt und sofort nach dem Eintreffen verwendet. Ich packte sie aus, setzte sie in ein kleines Aquarium mit natürlichem Meerwasser bei Zimmertemperatur. Das Laichen wurde durch eine Injektion von zwei Millilitern 0,53 M Kaliumchlorid über die Membrane an der Mundöffnung in die tertiäre Leibeshöhle hervorgerufen. Die meisten Tiere begannen sofort mit dem Ablaichen.

Weitere Informationen über Arbacia punctulata und seine Embryonalentwicklung finden sie unter folgendem Link: http://database.mbl.edu/Costello/find.taf?function=BB&ID=78

Abb. 1: Männliches Exemplar von Arbacia punctulata beim Ablaichen. Das Tier ist durch ein Becherglas nach oben gedreht. Die Genitalporen sind auf der dem Mund abgewandten Seite, hier zeigen sie nach unten. Ich würde das Sperma, das sich auf dem Seeigel ansammelt, auswaschen. Die orangefarbenen Eier eines Weibchens, das gerade abgelaicht hat, sind in dem Becher auf der linken Seite zu sehen. Im Hintergrund sieht man Testbecher, die mit Petrischalen abgedeckt sind.

Die Eier wurden eingesammelt, indem ablaichende Seeigel über Becher mit Seewasser umdreht wurden. Sperma wurde durch das Abspülen der Seeigel über Meerwasser mit Hilfe einer Pipette gesammelt. Von den 12 vorbehandelten Seeigeln waren 8 Männchen, 2 Weibchen und 2 laichten nicht ab. Nach dem Ablaichen wurden die Eier durch Umrühren gespült, danach sollten sie sich absetzen und das restliche Wasser wurde vorsichtig abgegossen. Frisches natürliches Seewasser wurde hinzugefügt und das Abspülen wurde drei Mal wiederholt. Die Sperma-Lösungen wurden vermischt, kräftig umgerührt und eine 1:200 Lösung in einem neuem Becher gemischt.

Die Eier wurden mit dem Mikroskop untersucht, um sicherzustellen, dass keine Keimbläschen vorhanden und die Eier gleichmäßig geformt sind. Die Spermien wurden auf ihre Mobilität untersucht. Ein Milliliter der Sperma-Lösung wurde in den Becher mit den Eiern gegeben und mit einer Pipette gründlich umgerührt. Es wurden davon Proben genommen und mikroskopisch untersucht, um nachzuprüfen, ob die Eier befruchtet wurden. War dies der Fall, wurde ungefähr ein Milliliter der Lösung der befruchteten Eier in jede der oben erwähnten Wasserproben gegeben. (Mit dem Ergebnis, dass jede Wasserprobe ca. 50 - 80 befruchtete Seeigeleier enthielt.)

Abb. 2: Ein Ei von Arbacia punctulata vor der Befruchtung.

Diese Spezies entwickelt sich schnell bei Temperaturen, wie sie bei dieser Studie herrschten; nach 48 Stunden hatten die Larven ein frühes Pluteus-Stadium (d. h. 64zellig, also nach 4facher Zellteilung). Dies ist das Stadium, in dem die Seeigel-Larven das erste Mal gefüttert werden. Da ich den Test durch die Fütterung nicht verkomplizieren wollte, endete er in diesem Stadium. Die Proben in den Bechern wurden unter 4facher Vergrößerung untersucht und alle Larven in den verschiedenen Entwicklungsstadien wurden gezählt und dokumentiert. Dies geschah mit allen 10 Proben. Dann wurden die Lösungen und Larven weggeschüttet.

Statistische Analyse:

Die Testergebnisse wurden aufgelistet und eine Eine-Richtungs-Varianzanalyse (ANOVA) wurde durchgeführt. Varianten dieser Analyse machten einen untergeordneten T-Test erforderlich, um eventuelle Unterschiede der Durchschnittswerte der Proben deutlich zu machen. Diese T-Tests bestanden darin, die Anzahl von Embryonen in jeder Testgruppe (die 4 Salzmischungen und die zwei Becken der Hobbyaquarianer) mit der Anzahl von Embryonen, die im natürlichen Meerwasser vorkommen, zu vergleichen. Alle statistischen Tests wurden mit der Software Corel Quattro Pro 8 speadsheet package durchgeführt.

Ergebnisse:

Die Anzahl an Larven, die nach 48 Stunden gefunden wurden, variierte stark (Tabelle 1). Die Proben des künstlichen Meerwassers, das mit Hilfe von Instant Ocean hergestellt wurde, enthielt durchschnittlich 4 Larven pro Probe, während es bei Coralife, im Durchschnitt 7,4 waren. Die Proben des Hobbyaquarianers B enthielten nur eine geringe Anzahl an Larven - 5,1 pro Behälter. Die durchschnittliche Anzahl der Larven aus dem natürlichen Meerwasser, aus Crystal Sea Marinemix - Bioassay Formula und dem BioSea Marinemix war höher - zwischen 35,8 und 41,5 Larven pro Probe. In dem natürlichen Meerwasser, das mit so viel Kupferdichlorid versetzt wurde; dass die Menge gelösten Kupfers mindestens100 ppb war, kamen keine Larven vor.

Diese Eine-Richtung-Varianzanalyse zeigte, dass die Wahrscheinlichkeit, dass alle Proben dieselbe Varianz haben, verschwindend gering ist: P = 9,306 x 10-16 oder grob geschätzt 1:10.000.000.000.000 (Tabelle 2).

Abb. 5: Arbacia-Larve im Pluteus-Stadium in der Kultur bei kleiner Vergrößerung. Die Larven sind die weißen pfeilspitzartigen Strukturen.

Die Durchschnittsanzahl der Larven von jeder Probe wird mit der Anzahl der Larven im Meerwasser verglichen, unter der Anwendung des T-Tests (Tabelle 3). Es war offensichtlich: sowohl bei den Proben mit Instant Ocean und Coralife-Salzmischung als auch beim Wasser des Hobbyaquarianers B betrug die Wahrscheinlichkeit, dass die Resultate denen des natürlichen Meerwasser entsprachen, zwischen 0,00003 und 0,00006 (oder 3 - 6:100.000). Umgekehrt bestand eine 45- und 85%-Chance, dass die Resultate des Crystal Sea Marinemix Bioassay Formula und Bio-Sea Marinemix zur selben Gruppe gehören wie das Meerwasser. Im Allgemeinen legen Biologen fest, dass Proben, die mit einer Wahrscheinlichkeit von mehr als 5 % voneinander abweichen (oder anders gesagt: die Proben, deren Wahrscheinlichkeit, dass sie von derselben Population entnommen wurden, kleiner als 1:20 ist) statistisch unterschiedlich sind.

Somit war die Durchschnittsanzahl an Larven, die sich im Wasser mit den Salzmischungen Instant Ocean und Coralife befanden, untereinander statistisch in hohem Maß unterschiedlich und viel niedriger als die Anzahl in den Proben mit Meerwasser. Andererseits war die Durchschnittsanzahl der Larven in den Proben mit Crystal Sea Marinemix Bioassay Formula und Bio-Sea Marinemix nicht signifikant verschieden von denen des Meerwassers.

Die Durchschnittsanzahl von Larven, die sich in beiden Wassermischungen der Hobbyaquarianer befanden, weicht stark von der im Meerwasser ab. Dennoch, zumindest im Fall des Hobbyaquarianers A war die Durchschnittsanzahl an Larven relativ nahe an der im Meerwasser.

Diskussion:

Diese Daten sind eindeutig und verstörend. Sie zeigen, dass Wasser, das mit den künstlichen Salzmischungen versetzt wurde, sich weitaus toxischer auf die Entwicklung der Seeigel-Larven auswirkt - und daraus folgernd auch auf andere Organismen - als die Salzmischungen, die von anderen Herstellern verkauft werden. Ich denke es wäre akzeptabler gewesen, wenn alle Salzmischungen gleich toxisch gewesen wären. Das hieße, dass es kein Hersteller geschafft hätte, eine funktionierende Salzmischung zu produzieren, und wenn dies der Fall wäre, müssten die Hobbyaquarianer lernen, damit zu leben. Oder sie müssten herausfinden, welche Arten der in Frage kommenden Meerwasseraquarientiere toleranter gegenüber solch einer Fehlhaltung wären und es überleben würden. Doch so stellt sich die Situation nicht dar. Vielmehr gibt es mit bestimmten Salzmischungen versetztes Wasser, dessen Auswirkungen viel weniger heftig sind, und in dem die Überlebensrate der Seeigel-Larven viel höher ist als bei anderen. Wenigstens haben die Proben mit geringer Überlebensrate überhaupt überlebende Larven. Aber im Vergleich mit der Anzahl der Embryonen, die im Wasser mit anderen Salzmischungen herangewachsen sind, beträgt die Sterblichkeitsrate der Larven im Wasser, das mit Instant Ocean versetzt ist, 90 % und mit Coralife 80 %. Die Reaktion seitens der Tiere auf Gifte ist eine biologische Funktion und, geht man von einer "normalen" statistischen Verteilung dieser Funktion aus, kann man bei den Larven, die man im Wasser mit diesen Salzmischungen findet, davon ausgehen, dass sie die zähesten der zähen Überlebenskünstler sind. Es ist sehr wahrscheinlich, dass die Sterblichkeit nicht nur auf Larven beschränkt ist und in der Meerwasseraquaristik weit verbreitet sein dürfte. Es gibt keinen Grund, anzunehmen, dass sich die Meerwasseraquarien positiver auswirken als die natürliche Umgebung, wo ähnliche Tierversuche und andere Tests als chemische Analysen das Vorkommen von giftigen Stoffen gezeigt haben.

Abb. 6: Eine zwei Wochen alte Pluteus-Larve von Arbacia punctulata. Ich hielt einige der Larven in den Mischungen von Bio-Sea Marinemix und Crystal Sea Marinemix Bioassay Formula am Leben und fütterte sie mit Phytoplankton, welcher als grüner Fleck in der Mitte des Tieres sichtbar ist. Die zusätzlichen Arme dienen zur Futteraufnahme und Bewegung. In diesem Stadium ist das Tier ca. 1 mm lang. (Für Vergrößerung anklicken)

Natürlich ist es immer möglich, dass diese Daten Zufallstreffer sind - zufällige statistische Ausrutscher in dem sonst wohlgeordneten Universum der Hobbyaquaristik. Es wäre hilfreich, wenn es einen potentie