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Korallen im nördlichen Roten Meer bestehen Hitzestresstest mit Bravour
Selbst in den optimistischsten Szenarien werden die meisten Korallenriff-Ökosysteme auf unserem Planeten – ob in Australien, auf den Malediven oder in der Karibik – bis Ende dieses Jahrhunderts verschwunden oder in sehr schlechtem Zustand sein. Das liegt daran, dass die globale Erwärmung die Meerestemperaturen über die Grenze treibt, die einzellige Algen, die die wichtigsten Verbündeten der Korallen sind, aushalten können. Diese Algen leben zum Schutz im Korallengewebe und versorgen die Korallen im Gegenzug mit lebenswichtigen Nährstoffen, die durch Photosynthese erzeugt werden. Da die Algen eine Vielzahl von Pigmenten enthalten und somit den Korallenriffen ihre berühmten Farben verleihen, färben sich die Korallen bei deren Verlust weiss, was als Korallenbleiche bekannt ist. Doch trotz der realen Bedrohung durch die globale Erwärmung scheinen die Korallen im Roten Meer ihre leuchtenden Farben zu behalten.
«Wir wussten bereits, dass die Korallen im Golf von Akaba, an der Nordspitze des Roten Meeres, besonders widerstandsfähig gegen höhere Temperaturen sind. Aber wir wollten den gesamten molekularen Mechanismus hinter dieser Resistenz untersuchen», sagt Romain Savary, Postdoc am Labor für Biologische Geochemie (LGB) der EPFL und Hauptautor der Studie, die heute in PNAS erscheint. Was die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler herausfanden, war aufschlussreich: Diese Korallen sowie die Algen und Bakterien, mit denen sie in Symbiose leben, können durchschnittliche Temperaturen aushalten, die etwa 5 °C höher sind als die, die sie normalerweise erleben. Trotz des rasanten Klimawandels geht man nicht davon aus, dass der Temperaturanstieg im Roten Meer diese Schwelle bis zum Ende des Jahrhunderts überschreiten wird. « Dadurch besteht echte Hoffnung für den Erhalt zumindest eines der wichtigsten Korallenökosysteme», sagt Anders Meibom, Leiter des LGB.
Das Aquariumsystem zum Studium der Algen. ©Maoz Fine
Die Sache im Griff haben
Für ihre Studie setzten die Wissenschaftlerinnen Korallen im Golf von Akaba einer Reihe von Hitzebelastungen aus, einschliesslich der höheren Temperaturen, wie sie in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten sind. Die durchschnittliche monatliche Höchsttemperatur in diesen Gewässern liegt derzeit bei 27 °C. Die Forschenden setzten daher Korallenproben Temperaturen von 29,5 °C, 32 °C und 34,5 °C aus, sowohl über einen kurzen Zeitraum (drei Stunden) als auch über einen längeren (eine Woche). Währenddessen massen sie die Genexpression der Korallen und der symbiotischen Algen sowohl während als auch nach dem Hitzestresstest und bestimmten die Zusammensetzung des Mikrobioms, das sich in den Korallen befindet.
«Unsere wichtigste Erkenntnis war, dass diese Korallen noch weit unter ihrer Toleranzschwelle leben, was sie für 100 oder sogar 200 Jahre vor Temperaturerhöhungen schützt», sagt Savary. «Unsere Messungen haben gezeigt, dass sich die Korallen und ihre symbiotischen Organismen bei Temperaturen von bis zu 32 °C molekular erholen und sich sowohl an kurz- als auch an langfristigen Hitzestress ohne grössere Folgen akklimatisieren können», sagt Savary. Das gibt den Wissenschaftlerinnen echte Hoffnung – obwohl wärmere Gewässer nicht die einzige Bedrohung dieses aussergewöhnlichen Naturerbes sind.
Dies ist das erste Mal, dass Forschende eine genetische Analyse von Korallenproben in einem so grossen Umfang durchgeführt haben. Ihre Ergebnisse zeigen, wie diese hitzeresistenten Korallen auf der grundlegendsten Ebene reagieren – der Genexpression. «Sie können auch als Grundlage für die Identifizierung von Superkorallen dienen», so Meibom: «Romains Forschung gibt uns Einblick in die spezifischen genetischen Faktoren, die den Korallen das Überleben ermöglichen. Seine Studie deutet auch darauf hin, dass eine ganze Symphonie genetischer Expressionen am Werk ist, um den Korallen diese aussergewöhnliche Kraft zu verleihen.» Dies setzt einen Massstab dafür, wie die Genexpression von «Superkorallen» während Hitzestress und Erholung aussieht. Aber könnten Korallen aus dem Roten Meer dazu dienen, eines Tages das Great Barrier Reef wieder zu besiedeln? «Korallen sind in hohem Masse von ihrer Umgebung abhängig», sagt Meibom, «sie können sich erst nach einem langen, natürlichen Besiedlungsprozess an neue Umgebungen anpassen. Ausserdem ist das Great Barrier Reef so gross wie Italien – es wäre unmöglich, es künstlich wieder zu besiedeln.»
© Maoz Fine
Mit frischem Wind in die Zukunft
Die Arbeit der Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler wurde dank zweier einzigartiger Forschungsinstrumente möglich: dem Red Sea Simulator (RSS), der vom Interuniversity Institute for Marine Sciences in Eilat, Israel, entwickelt wurde sowie dem amerikanischen Coral Bleaching Automated Stress System (CBASS). Damit konnte der Grundstein gelegt werden für ein viel ehrgeizigeres Projekt, das diesen Sommer für vier Jahre beginnt und vom Transnationalen Forschungszentrum für das Rote Meer, das 2019 von der EPFL gegründet wurde, geleitet wird. « Wir werden mit dem Forschungsschiff Fleur de Passion, das unserem Partner, der Fondation Pacifique, gehört, das gesamte Rote Meer auf einer Länge von etwa 2000 km befahren», sagt Meibom, «Ziel ist es, die Hitzetoleranz und die Vielfalt der verschiedenen Korallenarten in diesen Gewässern zu kartieren. Die Wassertemperaturen steigen, je weiter man im Roten Meer nach Süden kommt, mit einem Unterschied von 5 bis 6 °C zwischen der Nord- und Südspitze. Deshalb ist das Rote Meer das perfekte natürliche Labor für die Erforschung von Korallenökosystemen. Wenn wir nach Süden segeln, segeln wir in die Zukunft.»
Und was sagt uns dieser Blick in die Zukunft? Einige Korallen im südlichen Roten Meer beginnen bereits zu bleichen. Savary glaubt, dass es nur eine Lösung gibt: «Wir müssen die Korallen schützen und vor lokalen Stressfaktoren bewahren, vor allem vor steigenden Temperaturen und Verschmutzung. Nur dann wird es möglich sein einen Bestand an «Superkorallen» zu erhalten, die in der Lage sind, Gebiete, die in Zukunft von Hitzewellen im Zusammenhang mit dem Klimawandel betroffen sein werden, auf natürliche Weise wieder zu besiedeln.»