Im Meerwasser der Zukunft wachsen junge Kalmare mit auffällig kleinen Gehirnen heran. Ein internationales Team hielt Großflossen-Riffkalmare 90 Tage lang in Becken mit einem pH-Wert von 7,8, wie er für das Jahr 2100 erwartet wird, und verglich ihre Hirnstrukturen mit Tieren aus heutigem Wasser. Die Aufnahmen zeigten eine drastische Verkleinerung, besonders in jenem Bereich, der visuelle Reize verarbeitet. Weil Kopffüßer zu den intelligentesten wirbellosen Tieren der Meere zählen, wirft die Ozeanversauerung damit neue Fragen zu ihrer Zukunft auf.
Die Weltmeere nehmen einen erheblichen Teil des vom Menschen freigesetzten Kohlendioxid auf und puffern damit die Erwärmung der Atmosphäre ab. Dieser Dienst hat jedoch einen Preis, denn das gelöste Gas reagiert im Meerwasser zu Kohlensäure und senkt den pH-Wert. Seit Beginn der Industrialisierung ist der durchschnittliche Wert an der Meeresoberfläche von etwa 8,2 auf rund 8,1 gefallen, was einer Zunahme der Wasserstoffionen um etwa ein Drittel entspricht. Dieser Prozess wird als Ozeanversauerung bezeichnet und verändert die Chemie der Ozeane grundlegend. Für kalkbildende Lebewesen wie Korallen, Muscheln und Schnecken ist die Entwicklung längst messbar, weil das saurere Wasser den Aufbau ihrer Schalen und Skelette erschwert. Wie stark auch das Nervensystem hochentwickelter Meerestiere betroffen sein könnte, war bislang kaum untersucht.
Zu den auffälligsten Bewohnern der Meere gehören die Kopffüßer, eine Gruppe hoch entwickelter Weichtiere, zu der neben Oktopussen und Sepien auch die Kalmare zählen. Diese Tiere besitzen ein für wirbellose Verhältnisse außergewöhnlich großes und leistungsfähiges Gehirn und gelten als die intelligentesten Wirbellosen überhaupt. Ihre Zahl an Nervenzellen liegt in einer ähnlichen Größenordnung wie bei einem Hund, und ein großer Teil ihres Nervengewebes ist auf die Verarbeitung visueller Reize ausgerichtet. Kalmare sind aktive Jäger, die sich beim Aufspüren und Fangen ihrer Beute fast vollständig auf ihre Augen verlassen. Dass die Ozeanversauerung nicht nur Kalkstrukturen angreift, zeigen bereits andere Befunde, etwa dass saures Wasser die Zähne von Haien schwächen kann. Umso bedeutsamer ist die Frage, ob auch das empfindliche Nervensystem der Kopffüßer unter dem sinkenden pH-Wert leidet.
Für die Untersuchung zog ein Team um Yung-Che Tseng von der Academia Sinica in Taiwan gemeinsam mit Garett Allen von der Acadia University in Kanada junge Großflossen-Riffkalmare in zwei streng kontrollierten Wassersystemen auf. Das eine Becken entsprach mit einem pH-Wert von 8,2 den heutigen Bedingungen an der Meeresoberfläche, das andere wurde mit einem Wert von 7,8 auf jene stärkere Versauerung eingestellt, die für das Jahr 2100 unter einem ungebremsten Klimaszenario erwartet wird. Nach 90 Tagen Wachstum wurden die Köpfe der Tiere konserviert und mit einer diffusionsgewichteten Magnetresonanztomografie untersucht, die Weichgewebe fein auflöst und so das Volumen einzelner Hirnregionen sichtbar macht. Dass die Ozeanversauerung tiefgreifend in die Nervenphysiologie der Kalmare eingreift, hatte dasselbe Forschungsumfeld zuvor bereits mit Blick auf neurometabolische Veränderungen im Sehlappen dokumentiert, bevor die neuen Bilddaten das Ausmaß offenlegten.
Das Ergebnis überraschte die Beteiligten selbst. Obwohl die Körpergröße der Tiere aus beiden Becken nahezu gleich blieb, war das Hirnvolumen der im saureren Meerwasser aufgewachsenen Kalmare um rund die Hälfte kleiner. Besonders drastisch fiel der Rückgang im Sehzentrum aus, also in jenem Bereich, der visuelle Informationen verarbeitet und für die Orientierung und Jagd der Tiere entscheidend ist. Dort schrumpfte das Volumen um mehr als sechzig Prozent. Der leitende Analytiker hielt die ersten Aufnahmen zunächst für einen technischen Fehler, so ausgeprägt war der Unterschied zwischen den Gruppen. Weil die übrigen Körperproportionen unverändert waren, lässt sich der Effekt nicht mit einer allgemeinen Wachstumshemmung erklären, sondern deutet auf eine gezielte Beeinträchtigung der Gehirnentwicklung unter der Ozeanversauerung hin.
Ein verkleinertes Sehzentrum hat für einen visuell jagenden Kopffüßer unmittelbare Folgen. Kalmare erkennen ihre Beute überwiegend optisch und steuern ihren blitzschnellen Angriff über die Verarbeitung feiner Bewegungsreize. Verliert das dafür zuständige Nervengewebe an Volumen, kann die Fähigkeit leiden, Beute rechtzeitig zu erkennen und präzise zuzugreifen. Frühere Experimente hatten bereits gezeigt, dass Kalmare bei erhöhter Kohlendioxid-Konzentration im Wasser zwischen vierzig und fünfundsechzig Prozent seltener jagen und fressen als unter heutigen Bedingungen. Die neuen anatomischen Befunde liefern nun eine mögliche strukturelle Erklärung für dieses veränderte Verhalten. Dass das Nervensystem der Kopffüßer fein auf ihre Lebensweise abgestimmt ist, verdeutlicht auch die segmentierte Steuerung der Arme bei Oktopussen, die eng mit der jeweiligen ökologischen Nische verknüpft ist.
Warum das Gehirn unter saureren Bedingungen kleiner bleibt, ist noch nicht abschließend geklärt. In der Biologie werden vor allem zwei Ursachen diskutiert. Zum einen könnte das veränderte Wasser die Sauerstoffversorgung des wachsenden Nervengewebes beeinträchtigen, zum anderen könnten die Tiere einen Teil ihrer Energie in die Regulation ihres Säure-Basen-Haushalts umleiten und dadurch weniger Ressourcen für den Aufbau des Gehirns bereitstellen. Die Forscher betonen, dass die auf einer internationalen Fachkonferenz vorgestellten Befunde vorläufig sind und weitere Analysen nötig bleiben. Erste Beobachtungen an dreißig Tage alten Tieren deuten darauf hin, dass das Hirnvolumen in diesem frühen Stadium noch stabil ist, was die Frage aufwirft, wann genau im Wachstum die Ozeanversauerung ihre Wirkung entfaltet.
Sollte sich die drastische Verkleinerung in weiteren Studien bestätigen, hätte das Konsequenzen weit über eine einzelne Art hinaus. Kalmare, Sepien und Oktopusse bilden eine ökologisch bedeutende Gruppe, die als Beute und als Räuber in vielen Nahrungsnetzen der Meere eine zentrale Rolle spielt. Eine eingeschränkte Wahrnehmung und ein verändertes Jagdverhalten könnten sich daher auf ganze Meeresökosysteme auswirken. Zugleich mahnen die Beteiligten zur Vorsicht, denn die Versuche fanden unter kontrollierten Laborbedingungen statt und der eingestellte pH-Wert von 7,8 markiert ein extremes, aber nicht unmögliches Szenario für das Ende des Jahrhunderts. Klar ist, dass die Ozeanversauerung längst nicht nur Kalkschalen betrifft, sondern womöglich bis in das Gehirn hochentwickelter Meerestiere reicht, deren Anpassungsfähigkeit an das saurer werdende Meerwasser noch weitgehend offen bleibt.
Communications Biology, Neurometabolic rewiring in squid (Sepioteuthis lessoniana) optic lobes drives behavioral plasticity and visual integration under environmental acidification; doi:10.1038/s42003-025-09506-6