Korallen im Klimawandel

Klimaresistente Korallen haben bereits im Ruhezustand eine genetische Abwehr gegen Sauerstoffmangel aktiviert – Forschungsprojekt der Universität Konstanz, der University of Technology Sydney und der University of Copenhagen.

© Morgan Bennett-Smith

Die Erwärmung der Ozeane führt gegenwärtig zu einem weltweiten Massensterben von Korallen. Ganze Riffe sind von der sogenannten „Korallenbleiche“ (coral bleaching) betroffen: Jene Korallen verfärben sich in einem milchigen Weiß, während sie an Nährstoffmangel sterben. In der Forschung ist bereits bekannt, dass die Erwärmung des Gewässers eine Ursache der Korallenbleiche ist. Inwiefern auch Sauerstoffmangel zur Korallenbleiche beiträgt, untersuchte nun ein Forschungsteam um Prof. Dr. Christian Voolstra, Professor für Genetische Adaption in aquatischen Systemen an der Universität Konstanz, in Zusammenarbeit mit der University of Technology Sydney (Australien) und der University of Copenhagen (Dänemark). Die Studie zeigt insbesondere auf, wie resistentere Korallen auf genetischer Ebene dem Sauerstoffmangel entgegenwirken: Bereits im Ruhezustand haben sie eine genetische Abwehr gegen Sauerstoffmangel aktiviert, noch bevor er tatsächlich eintritt. Die Forschungsergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Global Change Biology veröffentlicht. 

Weniger Sauerstoff in den Ozeanen
Ein Nebeneffekt der Erwärmung der Ozeane ist, dass weniger Sauerstoff im Wasser gelöst ist. Auch unter Wasser ist Sauerstoff für fast alle Organismen essenziell, so auch für Korallen. Das Forschungsteam um Christian Voolstra vermutete, dass dieser Sauerstoffmangel eine Rolle bei der Korallenbleiche spielen könnte. 

Die Forscherinnen und Forscher gingen dieser Frage im Rahmen einer Feldforschungsstudie nach und kamen zum Ergebnis: Sowohl Hitze als auch Sauerstoffmangel können zur Korallenbleiche führen.

„In der Natur liegt natürlich in der Regel eine Kombination beider Effekte vor. Um die Mechanismen der Korallenbleiche zu verstehen, müssen wir uns aber beide Effekte getrennt anschauen“

- Prof. Dr. Christian Voolstra

Sein langfristiges Ziel ist, durch ein genaues Verständnis der physiologischen und genetischen Reaktionen von Korallen auf die veränderten Umweltbedingungen einen Weg zu finden, um Korallen vor dem Aussterben zu bewahren.

Resistente Korallen
Einigen Korallen gelingt es, besser mit Hitze und Sauerstoffmangel umzugehen als ihre Artgenossen und eine gewisse Resistenz gegen die veränderten Umweltbedingungen aufzubauen. Das Forschungsteam untersuchte auf physiologischer und genetischer Ebene, welche Faktoren zu solchen resistenteren Korallen führen. Hierfür wurden Korallen aus dem Great Barrier Reef vor der Küste Australiens in einer Feldforschungsstation der University of Technology Sydney untersucht. 

In Aquarien regulierten die Forschenden den Sauerstoffgehalt des Wassers und untersuchten die Reaktionen der Korallen auf eine niedrigere Sauerstoffsättigung. Gleichzeitig analysierten sie mittels umfangreicher Gen-Sequenzierungs-Verfahren, wie die Korallen auf genetischer Ebene mit Sauerstoffmangel umgehen. Hierfür wurden jeweils rund 20 Millionen Gensequenzen von insgesamt rund 100 Korallenproben erfasst. „Das vermittelt uns ein sehr genaues Bild davon, was bei Sauerstoffmangel in der Zelle geschieht“, spricht Voolstra.

Der „Frontloading“-Mechanismus
Christian Voolstra und sein Forschungsteam entdeckten in den Genen resistenter Korallen einen sogenannten „Frontloading“-Mechanismus. „Frontloading bedeutet: Anstatt zu warten, bis der Sauerstoffmangel eintritt, haben diese Korallen bereits im Normalzustand relevante Gene gegen die Auswirkungen des Sauerstoffmangels aktiviert.

„Die resistenteren Korallen antizipieren also den Sauerstoffmangel und haben eine genetische Reaktion gegen ihn hochgefahren, noch bevor der Sauerstoffmangel eintritt.“

- Prof. Dr. Christian Voolstra

Anfälligere Korallen reagieren hingegen in der Regel erst dann genetisch auf den Sauerstoffmangel, wenn er tatsächlich eintritt – was in vielen Fällen zu spät ist.

Biomarker für resistente Korallen
Der genetische „Frontloading“-Mechanismus könnte ein Ansatzpunkt sein, um resistentere Korallen zu züchten. Bereits heute kann der „Frontloading“-Effekt als Anhaltspunkt – als sogenannter Biomarker – genutzt werden, um resistentere Korallen zu identifizieren. „Frontloading-Gene sind ein sehr guter Biomarker, weil sie immer exprimiert sind, auch im Ruhezustand der Koralle. Anhand dieses genetischen Musters lässt sich sehr leicht bestimmen, welche Korallen resistenter sind“, so Voolstra.

Originalpublikation:  Alderdice R., Suggett DJ., Cárdenas A., Hughes DJ., Kühl M., Pernice M., Voolstra CR., Divergent expression of hypoxia response systems under deoxygenation in reef-forming corals aligns with bleaching susceptibility, Global Change Biology, 16 November 2020, DOI: 10.1111/gcb.15436

Förderung: Die Forschung wurde gefördert von dem Australian Research Council, der Gordon and Betty Moore Foundation sowie von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG).

Dr. Jürgen Graf

Von Dr. Jürgen Graf - 16.12.2020