Korallenriffe effektiver vor dem Klimawandel schützen
Die Identifikation und Erforschung unterschiedlicher Mechanismen der
Wärmetoleranz von Korallen werden helfen, die Korallenriffe der Erde
besser vor den Folgen der Klimaerwärmung zu schützen. Die notwendigen
Testverfahren sowie erste Ergebnisse beschreibt eine neue Studie unter
Beteiligung der Universität Konstanz.
Wärmetolerante Korallen besitzen unterschiedliche Mechanismen, um mit
Hitzestress umzugehen. Zu diesem Ergebnis kommt die aktuelle Studie eines
internationalen Forschungsteams mit Beteiligung des Konstanzer Biologen
Prof. Dr. Christian Voolstra, die in der Fachzeitschrift Molecular Ecology
erschienen ist. Die Forschenden kombinierten für ihre Untersuchung zum
Hitzestress bei Griffelkorallen (Stylophora pistillata) im Roten Meer das
„Coral Bleaching Automated Stress System“ (CBASS) – einen mobilen
„Schnelltest“ zur Messung von Toleranzschwellen – mit molekularen
Analysen, um verschiedene Typen der Wärmetoleranz zu identifizieren. Das
Verfahren soll zukünftig zur globalen Anwendung kommen, um Korallenriffe
mithilfe der gewonnenen Erkenntnisse gezielter vor den Folgen des
Klimawandels schützten zu können.
Weltweites Korallensterben durch Anstieg der Meerestemperaturen
Als Folge des Klimawandels ist derzeit ein weltweites Korallensterben zu
beobachten. Binnen weniger Jahrzehnte haben sich die globalen
Korallenbestände halbiert und viele Korallen sind aufgrund ihrer geringen
Wärmetoleranz kaum gegen den bevorstehenden weiteren Anstieg der
Meerestemperaturen gewappnet. Es gibt jedoch einige Vertreter unter den
Korallen, die besser mit Hitzestress umgehen können als andere.
Um die Erforschung der Faktoren, die zu einer erhöhten Wärmetoleranz von
Korallen beitragen, zu erleichtern, stellten Voolstra und seine
Kolleginnen und Kollegen bereits im vergangenen Jahr ein mobiles
Testsystem vor, das sogenannte „Coral Bleaching Automated Stress System“ –
kurz CBASS. Das System ermöglicht die schnelle Identifizierung besonders
widerstandsfähigen Korallen in der Natur. „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“, beschrieb Voolstra das CBASS in einem früheren Artikel.
Unterschiedliche Mechanismen der Wärmetoleranz
In ihrer aktuellen Studie verwendeten die Forschenden das Testsystem, um
die Wärmetoleranz von Griffelkorallen in verschiedenen Regionen im Roten
Meer zu bestimmen. Die Ergebnisse zeigen, dass Griffelkorallen aus dem
Golf von Akaba, dem nördlichsten Teil des Roten Meeres, eine zu den
Artgenossen aus dem zentralen Teil des Roten Meeres vergleichbar hohe
relative Wärmetoleranz aufweisen – bis etwa 7°C über dem jeweiligen
maximalen Monatsmittel des wärmsten Sommermonats. Die absolute
Wärmetoleranz liegt bei den Griffelkorallen aus dem zentralen Teil des
Roten Meeres jedoch um bis zu 3°C höher als bei denen aus dem Golf von
Akaba, was unterschiedliche Toleranzmechanismen nahelegt.
Zur vertiefenden Untersuchung dieser Möglichkeit führte das Forschungsteam
weiterführende molekulare Analysen zur Wärmetoleranz der Korallen an den
unterschiedlichen Standorten durch. Genetische Untersuchungen zeigten,
dass es bei Griffelkorallen aus dem Golf von Akaba als Antwort auf
Hitzestress zu einer stark veränderten Genexpression – zum Beispiel der
vermehrten Herstellung bestimmter Proteine – kommt. Zeitgleich verändert
sich die Zusammensetzung der mit den Korallen assoziierten
Bakteriengemeinschaften. Bei den Griffelkorallen aus dem zentralen Teil
des Roten Meeres kam es hingegen bei Hitzestress zu keiner dieser
deutlichen Veränderungen.
Die zusätzlichen Ergebnisse untermauern die Idee von unterschiedlichen
Mechanismen der Wärmetoleranz bei Griffelkorallen. „Wir interpretieren die
Reaktion der Korallen aus dem Golf von Akaba als die einer ‚resilienten‘
Population, die direkt auf die Stärke des Temperaturanstiegs reagieren
kann. Im Gegensatz dazu deutet das eher statische Muster der Korallen aus
dem zentralen Teil des Roten Meeres auf eine durchgängige ‚Resistenz‘
gegenüber hohen Wassertemperaturen hin, die jedoch keine flexible Antwort
erlaubt, sollten die Temperaturen noch weiter steigen“, so Voolstra.
Methodisches Rüstzeug für den globalen Schutz der Korallenriffe
Welcher der beiden Mechanismen die Korallen besser vor dem weltweiten
Anstieg der Meerestemperaturen schützt, der mit dem Klimawandel
einhergeht, ist derzeit unklar. Die Tatsache, dass sich „resiliente“ und
„resistente“ Toleranzmechanismen mithilfe molekularer Methoden
unterscheiden lassen, könnte für das zukünftige Screening von bestehenden
Korallenriffen oder die Planung von besonders wärmetoleranten
Korallenriffen im Zuge von „Aufforstungsprojekten“ dennoch von hoher
Wichtigkeit sein.
Den in der aktuellen Studie im Roten Meer erfolgreich angewendeten
methodischen Ansatz möchten die Forschenden daher nun global ausweiten.
„Unsere Studie zeigt den enormen Nutzen sowohl des CBASS, für die
standardisierte Bestimmung der Wärmetoleranz von Korallen, als auch der
anschließenden molekularen Untersuchungen für die Identifizierung von
unterschiedlichen Toleranzmechanismen“, resümiert Voolstra.
Finanzielle Unterstützung für ihr Vorhaben erhalten die Forschenden unter
anderem von der Paul G. Allen Family Foundation, die das CBASS-
Forschungsprojekt und damit die Weiterentwicklung des Schnelltests mit
insgesamt 4 Millionen Dollar (rund 3,4 Millionen Euro) fördert, wie die
Universität Konstanz bereits im Juli berichtete. Die Aktuelle Studie wurde
zusätzlich durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) sowie die
U.S.-Israelische Binational Science Foundation (BSF) gefördert.
Faktenübersicht:
• Originalstudie: Christian R. Voolstra, Jacob J. Valenzuela, Serdar
Turkarslan, Anny Cárdenas, Benjamin C. C. Hume, Gabriela Perna, Carol
Buitrago-López, Katherine Rowe, Monica V. Orellana, Nitin S. Baliga, Suman
Paranjape, Guilhem Banc-Prandi, Jessica Bellworthy, Maoz Fine, Sarah
Frias-Torres, Daniel J. Barshis (2021) Contrasting heat stress response
patterns of coral holobionts across the Red Sea suggest distinct
mechanisms of thermal tolerance. Molecular Ecology. DOI:
https://doi.org/10.1111/mec.16
• Studie im Roten Meer kombiniert „Klima Schnelltest“ CBASS mit
nachgeschalteten molekularen Analysen, um Biomarker für Wärmetoleranz von
Korallen zu identifizieren
• Ergebnisse weisen auf zwei mögliche Mechanismen der Wärmetoleranz hin –
„Resilienz“ und „Resistenz“ –, die sich unter anderem genetisch
unterscheiden lassen
• Methodischer Ansatz soll nun global verwendet werden, um weitere
Erkenntnisse über die Wärmetoleranz von Korallen zu gewinnen, die helfen
können, Korallenriffe vor den Folgen des weltweiten Klimawandels zu
schützen
