Korallenbleiche

Warum sterben Korallen? Eine entscheidende Frage angesichts des gegenwärtigen globalen Massensterbens. Besonders im Pazifik sterben in Symbiose mit Algen lebenden Korallenarten in nie gekanntem Ausmaß. Sie verlieren ihren Symbionten, verhungern und bleichen aus. In warmen Jahren entstehen dadurch oft kilometerlange „Korallenfriedhöfe“ bleicher Korallen. Bei der Erforschung der Ursachen dieser Korallenbleiche stellte nun ein Forschungsteam um den Konstanzer Biologen Prof. Dr. Christian Voolstra fest, dass das Verhungern der Korallen bereits vor dem eigentlichen Bleichen beginnt. Die im Wissenschaftsjournal PNAS veröffentlichten Forschungsergebnisse könnten einen Paradigmenwechsel im Korallenschutz einleiten.

Was geschieht bei der Korallenbleiche?

Zahlreiche Korallenarten haben einen festen Partner, winzige Algen. Sie leben in einträchtiger Symbiose miteinander. Dabei versorgen die Algen die Korallenpolypen – Baumeister gigantischer Unterwasserwunderwelten aus Kalk – mit Nahrung. Denn sie können etwas, wozu die Nesseltiere nicht fähig sind: aus Sonnenlicht Energie in Form von Kohlenhydraten generieren. Großzügig geben sie das meiste davon an ihren Partner ab, der wiederum im Tausch Schutz und mineralische Nährstoffe liefert. Eigentlich ein perfektes Zusammenspiel. Doch selbst die beste Freundschaft erträgt nicht alles.

Korallenbleiche: Korallen verhungern bevor sie bleichen und sterben.

Korallenbleiche in einem Riff im Roten Meer in der Nähe von Jeddah, Saudi Arabien – © Anna Roik

Während der gefürchteten Korallenbleiche zerbricht die faszinierende Freundschaft der so unterschiedlichen Lebewesen. Dabei verstoßen Korallenpolypen im klimawandelbedingten Hitzestress sich erwärmender Meere ihren Partner, verlieren ihre Farbe und verhungern. Forscher gingen bislang davon aus, dass Nährstoffmangel dem Abstoßen der Algen, also im Anschluss an die Korallenbleiche, folgt.

Die Frage nach dem Huhn und dem Ei

Jetzt weiß man jedoch, dass der Austausch von Nährstoffen bereits aus dem Gleichgewicht ist, noch bevor der Korallenpolyp seine symbiotischen Algen abstößt. Korallen sind also bereits am Verhungern, noch bevor erste Symptome einer Korallenbleiche sichtbar sind. „Es ist wie die Frage nach dem Huhn und dem Ei“, erläutert Christian Voolstra: „Ist die Korallenbleiche die Ursache oder die Wirkung des Verhungerns der Korallen? Wir fanden nun eindeutige Indizien, dass der Nährstoffmangel nicht erst ab dem Zeitpunkt besteht, wenn die Koralle ihre Algen abstößt und bleicht, sondern dass der Nährstoffaustausch bereits zuvor unterbrochen war.“

Korallenbleiche: Korallen verhungern bevor sie bleichen und sterben.

Korallenbleiche in einem Riff im Roten Meer in der Nähe von Jeddah, Saudi Arabien – © Anna Roik

Und was geschieht nun vor der Korallenbleiche?

Christian Voolstra und sein Team untersuchten erstmals ganz gezielt die biologischen Prozesse in der Zeit vor einer Korallenbleiche. Dazu simulierten sie im Aquarium kurzerhand jene Umweltbedingungen, die in den Ozeanen zur Korallenbleiche führen. Als Versuchskoralle diente dabei die weitverbreitete und schnell wachsende Griffelkoralle „Milka“ (Stylophora pistillata), ein zu den Steinkorallen zählendes Blumentier. Anschließend analysierten sie, was da eigentlich genau passiert.

Wenn Hunger und Egoismus die Freundschaft zerstören

Es zeigte sich: Beide Partner benötigen bei erhöhten Wassertemperaturen mehr Nährstoffe für sich selbst. „Sie werden sozusagen ‚egoistisch‘ und halten die Nährstoffe für sich selbst zurück. Die Algen füttern ihren Wirt nicht mehr, die Symbiose ist gestört“, erläutert Nils Rädecker, Erstautor der Studie. „Das Problem beginnt also nicht erst damit, dass die Koralle ihre Algen abstößt. Bereits vorher fand kein Nährstoffaustausch mehr zwischen ihnen statt.“

Folgen für den Korallenschutz

„In der Konsequenz bedeutet dies für uns: Wenn wir Korallen retten wollen, reicht es nicht zu versuchen, gebleichte Korallenriffen zu stabilisieren. Die Riffe müssen unterstützt werden, noch bevor die Korallen bleichen“, fordert Christian Voolstra.

Die neuen Erkenntnisse bieten nun bessere Ansatzpunkte zur Identifizierung intakt erscheinender, aber bereits gefährdeter Korallenriffe: „Wir kennen die Umweltparameter nun sehr gut, die zur gestörten Symbiose zwischen Koralle und Algen führen. Verschmutzte Gewässer mit hohem Stickstoffgehalt sind besonders gefährdet“, schildert Nils Rädecker. „Korallen, die am Verhungern sind, geben Ammonium ab. Ein erhöhter Ammoniumgehalt im Wasser in Nähe zu oder in den Korallenriffen selbst könnte daher ein guter Indikator sein, um gefährdete Riffe zu identifizieren, noch bevor die Korallen bleichen.“

Originalpublikation
Heat stress destabilizes symbiotic nutrient cycling in corals, Nils Rädecker, Claudia Pogoreutz, Hagen M. Gegner, Anny Cárdenas, Florian Roth, Jeremy Bougoure, Paul Guagliardo, Christian Wild, Mathieu Pernice, Jean-Baptiste Raina, Anders Meibom, Christian R. Voolstra, Proceedings of the National Academy of Sciences Feb 2021, 118 (5) e2022653118; DOI: 10.1073/pnas.2022653118
Link: https://www.pnas.org/content/118/5/e2022653118


Schnelltest zur Korallengesundheit

Ein Forschungsteam um Christian Voolstra hat einen Schnelltest zur Überprüfung der Hitzeresistenz von Korallen entwickelt. Das Verfahren CBASS (Coral Bleaching Automated Stress System) macht es möglich, Korallen vor Ort mittels einer Testbox binnen eines Tages auf ihre Hitzebeständigkeit zu testen. Mit den gängigen Labortests dauert dies dagegen mehrere Wochen. Aussagen zum Gesundheitszustand eines Riffs liegen mit CBASS innerhalb von 18 Stunden vor. So ist schnell klar, wie gefährdet ein Riff gerade ist. Ob es stirbt. Ob es eine Chance hat und sich mit Restaurationsmaßnahmen das Schlimmste noch aufhalten lässt.

„Für mich ist das Testverfahren eine kleine Revolution, weil es Wissenschaftlern und Umweltschützern erlaubt, mit einfachen Mitteln Korallen in allen Teilen der Welt zu messen und dadurch herauszufinden, wie gefährdet die jeweiligen Korallenriffe sind,“ betont Christian Voolstra.

Schnelltest „Out of the Box“ – Alles vom Baummarkt

Das Testsystem beeindruckt gleichermaßen durch einfache Handhabung, leichte Materialbeschaffung und niedrige Kosten. Es ist leicht transportierbar, direkt auf Booten einsetzbar und sehr einfach anzuwenden: Korallen werden in die Testboxen gelegt. Dort findet dann ein Hitzetest bei unterschiedlichen Temperaturen statt – ein Stresstest. Dann kann man über ein genormtes Verfahren anhand von Vergleichswerten analysieren, wie sie auf die Temperaturen reagiert haben.

Testboxen für den Hitzetest.

Testboxen für den Hitze Schnelltest an Bord eines Bootes.
Foto: Christian Voolstra

„Wir haben uns darauf konzentriert, die Testboxen aus Materialien zu bauen, die fast alle im Baumarkt oder Aquariengeschäft gekauft werden können. Wir möchten, dass die Testboxen breit genutzt werden, und stellen alle Bauanleitungen sowie erhobene Datensets und Auswerteroutinen zur Verfügung“, schildert Christian Voolstra.

Die Testboxen verwenden herkömmliche Aquarienheizungen, -beleuchtungen und -kühler, um die erforderlichen Temperatur- und Lichtbedingungen zu simulieren. Im Eigenbau kostet eine Box rund 1.000 Euro an Materialkosten. Für ein vollständiges Schnelltest System benötigt man dann vier Boxen. Mit der einfachen Verfügbarkeit der Schnelltests will das Konstanzer Forscherteam helfen, eine globale Karte des Zustands der Korallenriffe aufzustellen.

Diese globale Übersicht der Korallenresistenz könnte die entscheidende Grundlage für Maßnahmen zur Rettung der wichtigsten Riffe sein: „Wir werden leider nicht alle Korallen retten können“, bedauert Voolstra, „in unserer ‚50 Reefs‘-Initiative möchten wir die Kapazitäten auf diejenigen Korallenriffe konzentrieren, die die größte Wahrscheinlichkeit haben, den Klimawandel zu überstehen“.

Schnelltest für alle

Eine Bauanleitung sowie erhobene Datensets und Auswerteroutinen stellen die Autoren in einem Online-Archiv frei zur Verfügung: https://github.com/reefgenomics/CBASSvsCLASSIC

Originalpublikation
Voolstra CR, Buitrago-López C, Perna G, et al. Standardized short-term acute heat stress assays resolve historical differences in coral thermotolerance across microhabitat reef sites . Glob Change Biol . 2020 ; 00 :1 – 16 . https://doi.org/10.1111/gcb.15148

Foto oben: © Anna Roik


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