image: The aquarium system in which scientists submitted Northern red sea corals to various tempartures. view more
Credit: Maoz Fine
Selbst im optimistischsten Szenario werden die meisten Korallenökosysteme in den Weltmeeren, von Australien über die Karibik bis hin zu den Malediven, bis zum Ende des Jahrhunderts verschwunden oder in einem sehr schlechten Zustand sein. In Zeiten stetig steigender Meerestemperaturen stoßen Korallen an ihre Toleranzgrenze: Sie verlieren sie ihre wichtigsten Verbündeten, einzellige Algen, die im Gewebe der Koralle leben und diese dank Photosynthese mit Nahrung versorgen. Damit lässt sich das bekannte Phänomen der Korallenbleiche erklären. Doch selbst in diesem Entwurf einer tristen Zukunft behalten die Korallen des Roten Meeres ihre Farbe.
«Wir wussten bereits, dass die Korallen im nördlichen Roten Meer, im Golf von Aqaba, besonders widerstandsfähig gegenüber hohen Temperaturen sind. Wir wollten aber den molekularen Mechanismus dieser Wärmeresistenz umfassend untersuchen», erklärt Romain Savary, Erstautor der heute in der Zeitschrift PNAS veröffentlichten Studie. Die Ergebnisse sprechen für sich: Korallen, sowie die für sie Algen und Mikrobakterien mit denen sie zussamenleben, widerstehen problemlos Temperaturen von bis zu 5 Grad über den üblichen Sommertemperaturen in der Region. 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», freute sich Anders Meibom, Direktor des Labors für Biologische Geochemie (LGB) der EPFL.
Als ob nichts passiert wäre
In ihren Experimenten setzten die Forscher die Korallen im Golf von Aqaba veschiedenen Temperaturszenarien aus, wie sie unter anderem in den kommenden Jahrzehnten zu erwarten sind. Während die monatliche durchschnittliche Wassertemperatur in dieser Region maximal 27 Grad beträgt, wurden die Korallen Temperaturen von 29,5 °C, 32 °C bzw. 34,5 °C ausgesetzt. Dies wurde sowohl über kurze Zeit, für nur 3 Stunden, als auch über einen längeren Zeitraum von einer Woche simuliert. Während und nach der Wärmestressperiode analysierten die Forscher die Genexpression der Koralle und der mit ihr in Symbiose lebenden Alge sowie die Zusammensetzung der vorhandenen Bakteriengemeinschaft. «Unsere wichtigste Erkenntnis war, dass diese Korallen noch weit unter ihrer Toleranzschwelle leben, was sie für 100 oder sogar 200 Jahre vor Temperaturerhöhungen schützt», fasste Romain Savary, Post-Doktorand am LGB, zusammen. Wir konnten beobachten, dass sich die Korallen und ihre Symbiosepartner sowohl von kurzen als auch von langen Hitzeperioden bis zu 32 °C ohne Folgeschäden erholen konnten.» Eine echte Hoffnung für die Wissenschaftler, obwohl die Meereserwärmung bei weitem nicht die einzige Bedrohung für dieses außergewöhnliche Naturerbe ist...
Die genetische Analyse der Proben, eine Premiere in dieser Größenordnung, zeigt, wie diese äußerst resistenten Korallen auf fundamentalster Ebene, nämlich der Genexpression, reagieren. «Daraus ergibt sich eine Grundlage für die Definition von Superkorallen". Dank Romains Arbeit können wir auf genetischer Ebene zeigen, was das Überleben der Korallen möglich macht», fasst der Professor zusammen. «In der Studie wird auch die Tatsache betont, dass diese Superkraft den Korallen durch eine komplexe und breitgefächerte Genexpression ermöglicht wird.» Damit dämpfen die Ergebnisse die Hoffnung weniger resistente Korallen genetisch manipulieren zu können. Könnten wir also die Korallen aus dem Roten Meer verwenden, um zum Beispiel das Great Barrier Reef wieder zu besiedeln? «Korallen sind extrem abhängig von ihrer Umgebung und können sich im Allgemeinen nur im Laufe einer langen natürlichen Besiedlung an neue Orte anpassen. Zudem ist das Great Barrier Reef so gross wie Italien, es ist deshalb unmöglich, es künstlich mit Korallen zu besiedeln», sagte Anders Meibom.
Mit frischem Wind in die Zukunft
Diese Arbeit wurde durch zwei einzigartige Instrumente ermöglicht, den Red Sea Simulator (RSS), der vom Universitätsinstitut für Meereswissenschaften in Eilat, Israel, eingerichtet wurde sowie ein amerikanisches mobiles System zur Diagnose von Korallenbleiche (CBASS Coral Bleaching Autonomous Stress System). 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. «An Bord des Bootes der Fondation Pacifique, der Fleur de Passion, werden wir das gesamte Rote Meer bereisen, um auf 2'000 Kilometern die Temperaturtoleranz der verschiedenen dort lebenden Korallenarten sehr genau zu kartieren», erklärte Anders Meibom. «Je weiter südlich man geht, desto mehr steigen die Temperaturen, ein Temperaturgradient von rund 5 bis 6 Grad entlang des Roten Meeres. 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 entdeckt man dort? Im südlichen Roten Meer hat bei einigen Korallen bereits die Bleiche eingesetzt. Für Romain Savary gibt es nur eine Lösung: «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. »
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Journal
Proceedings of the National Academy of Sciences