Korallenriffe und Hitzetoleranz: Neue Strategien

Korallenriffe sind wichtige Teile unserer Ozeane, die Lebensräume für viele Meeresarten bieten und Küsten schützen. Leider stehen sie aufgrund des Klimawandels vor ernsthaften Bedrohungen. Ein grosses Problem ist der Anstieg der Ozeantemperaturen, was zu häufigeren und längeren marine Hitzewellen führt. Diese Hitzewellen haben einen erheblichen Rückgang des globalen Korallenbestands verursacht, wobei Berichte darauf hinweisen, dass er seit den 1950er Jahren halbiert wurde. Wenn die aktuellen Trends anhalten, könnte ein grosser Prozentsatz der Korallenriffe bis 2035 ungeeignet für das Überleben von Korallen werden.

Um Korallenriffe vor dem Rückgang zu schützen, werden neue Managementwerkzeuge benötigt, um Korallen zu helfen, sich an die sich ändernden Bedingungen anzupassen. Eine innovative Idee ist, spezielle Korallen-Gruppen zu entwickeln, die höhere Temperaturen besser tolerieren können. Dies geschieht durch Methoden, die selektive Züchtung, Akklimatisierung und sogar das Versetzen von Korallen in verschiedene Umgebungen umfassen, um zu sehen, wie sie sich anpassen. Einige Studien haben erfolgreich gezeigt, dass diese Methoden die Thermische Toleranz von Korallen erhöhen können.

Ein Schlüssel zum Überleben von Korallen ist ihre symbiotische Beziehung zu winzigen Algen namens Symbiodiniaceae, die in den Korallengeweben leben. Diese Algen versorgen Korallen durch Fotosynthese mit wichtigen Nährstoffen. Einige Stämme dieser Algen sind besser in der Lage, Hitze zu tolerieren als andere, was bedeutet, dass Korallen mit diesen hitzeresistenten Algen während Hitzewellen eher überleben. Allerdings hat die Verwendung dieser natürlich toleranten Algen auch Einschränkungen, da einige von ihnen das Wachstum von Korallen negativ beeinflussen könnten.

Um diese Einschränkungen zu überwinden, experimentieren Forscher mit "experimenteller Evolution", was bedeutet, dass sie absichtlich die Bedingungen für die Algen ändern, um sie hitzefester zu machen. Sie züchten die Algen unter kontrollierten Bedingungen mit höheren Temperaturen, um Stämme auszuwählen, die mehr Hitze standhalten können und gleichzeitig das Wachstum der Korallen aufrechterhalten. Einige Studien haben gezeigt, dass dieser Prozess erfolgreich Algen schaffen kann, die sowohl hitzefest als auch vorteilhaft für Korallen sind.

In der Natur sehen sich Korallen oft mit schwankenden Temperaturen konfrontiert. Studien haben gezeigt, dass Korallen, die in Umgebungen mit häufigen Temperaturschwankungen leben, wie Gezeitenpools, eine bessere Stressresistenz aufweisen als solche in stabilen Bedingungen. Jüngste Forschungen deuten auch darauf hin, dass es die thermische Toleranz erhöhen kann, wenn Mikroalgen Temperaturschwankungen ausgesetzt werden. Die Art und Weise, wie sich die Temperaturen ändern und wie oft diese Veränderungen stattfinden, kann beeinflussen, wie gut sich diese Organismen anpassen.

Vor diesem Hintergrund wollten die Forscher testen, ob die Exposition von Algen gegenüber diesen Temperaturvariationen eine bessere Hitzetoleranz erzeugen könnte als die ständige Haltung bei hohen Temperaturen. Sie konzentrierten sich auf einen bestimmten Algenstamm, der in früheren Studien nicht gut auf kontinuierliche Hitze reagiert hatte. Indem sie die Algen unterschiedlichen Temperaturmustern aussetzten-einige, die täglich wechselten, und andere, die sich über Wochen veränderten-wollten sie sehen, wie sich jeder Ansatz auf ihre Anpassungsfähigkeit auswirkte.

Die Studie umfasste das Züchten dieser Algen unter spezifischen Temperaturmustern, einschliesslich täglicher Schwankungen, Temperaturänderungen alle paar Wochen und kontinuierlicher Exposition gegenüber erhöhten Temperaturen. Nach mehr als zwei Jahren dieser Experimente schauten die Forscher sich verschiedene Merkmale im Zusammenhang mit Wachstum und Stressresistenz an, um den besten Ansatz zur Verbesserung der Hitzetoleranz zu bestimmen.

#Organismus und Kultivierung

Die in dieser Studie verwendeten Algen wurden von einer Korallenart in Australien isoliert und bei stabilen 27°C gehalten. Während des gesamten Experiments wurden die Algen in speziellen Wachstumsmedien kultiviert. Ihre Wachstumsraten wurden regelmässig überwacht, um sicherzustellen, dass sie gesund blieben und sich an die Temperaturänderungen anpassen konnten, denen sie ausgesetzt waren.

#Experimentelle Evolution

Der Hauptteil der Studie dauerte über zwei Jahre, in denen die Algen unter verschiedenen Temperaturbedingungen gezüchtet wurden. Die Forscher teilten sie in Gruppen auf, basierend auf den Temperaturprofilen: Einige hatten tägliche Temperaturschwankungen, einige erlebten alle drei Wochen Temperaturverschiebungen, und andere waren kontinuierlich entweder hohen oder niedrigen Temperaturen ausgesetzt.

Durch die Überwachung dieser Gruppen konnten die Forscher bewerten, wie gut sich die Algen an jedes Temperaturregime anpassten. Ziel war es herauszufinden, welche Bedingungen zu dem besten Wachstum und der besten thermischen Leistung führten.

#Bewertung der thermischen Leistung

Nach dem zweijährigen Zeitraum bewerteten die Forscher verschiedene physiologische Merkmale der Algen über einen Temperaturbereich hinweg. Dieses "thermische Leistungsassay" ermöglichte es ihnen zu quantifizieren, wie gut sich die Algen an thermischen Stress anpassten, basierend auf ihren Wachstums- und Photosyntheseraten.

Sie massen, wie viel Sauerstoff die Algen produzierten, wie schnell sie wuchsen und wie gut sie mit oxidativem Stress umgingen-ein wichtiger Faktor, wenn die Temperaturen steigen. Das Ziel war zu verstehen, welche Temperaturexpositionsstrategie die besten Ergebnisse zur Förderung der Hitzebeständigkeit lieferte.

#Ergebnisse des Experiments

Die Ergebnisse zeigten deutliche Unterschiede zwischen den verschiedenen Temperaturbehandlungsgruppen. Algen, die täglichen Temperaturschwankungen ausgesetzt waren, zeigten die signifikantesten Verbesserungen in ihrer oberen thermischen Toleranz, was bedeutet, dass sie besser bei höheren Temperaturen überleben konnten. Diese Gruppe zeigte auch ein breiteres Spektrum an Temperaturen, bei denen sie effektiv wachsen konnten.

Andererseits verbesserten sich Algen, die kontinuierlich erhöhten Temperaturen ausgesetzt waren, zwar in ihren oberen thermischen Grenzen, verloren jedoch teilweise ihre Anpassungsfähigkeit bei niedrigeren Temperaturen. Sie schafften es, bei höheren Temperaturen zu gedeihen, zeigten jedoch nicht das gleiche Mass an Wachstum oder Widerstandsfähigkeit wie die, die täglichen Schwankungen ausgesetzt waren.

#Photosynthese- und Atmungsraten

Die Studie beleuchtete auch die photosynthetische und respiratorische Leistung der Algen. Überraschenderweise hatte keines der Temperaturregime signifikante Auswirkungen auf ihre Atmungsraten. Allerdings zeigten die Algen, die täglichen Schwankungen ausgesetzt waren, bemerkenswerte Verbesserungen in der Photosynthese bei höheren Temperaturen, was darauf hindeutet, dass sie ihre Energiebedürfnisse auch unter Stress decken konnten.

Im Gegensatz dazu zeigten Algen in der kontinuierlichen Temperaturgruppe keine signifikanten Veränderungen in der Produktivität bei hohen Temperaturen, was darauf hindeutet, dass sie unter thermischem Stress mehr Schwierigkeiten hatten.

#Auswirkungen auf algale Symbionten

Das Verständnis der adaptiven Reaktionen und Stressbewältigung der Algen ist wichtig, nicht nur für die Gesundheit der Korallen, sondern auch für breitere marine Ökosysteme. Die Studie betont die potenziellen Vorteile, Temperaturschwankungen zu nutzen, um die thermische Toleranz in Korallen zu erhöhen.

Durch die Kombination verschiedener Expositionsstrategien und die potenzielle Schaffung einer vielfältigen Palette von algalen Symbionten hoffen Wissenschaftler, Korallen besser auf zukünftige Umweltveränderungen vorzubereiten. Dies könnte zu gesünderen Riff-Ökosystemen führen, die in der Lage sind, den Druck des Klimawandels standzuhalten.

#Fazit

Zusammenfassend steigen die Temperaturen und Korallenriffe sind in Gefahr. Allerdings können innovative experimentelle Ansätze, die sich auf schwankende Temperaturregime konzentrieren, vielversprechende Strategien zur Verbesserung der Hitzetoleranz von algalen Symbionten bieten. Dies könnte Korallen helfen, sich anzupassen und in einer sich erwärmenden Welt zu überleben. In Zukunft planen die Forscher zu untersuchen, wie diese Erkenntnisse auf tatsächliche Praktiken im Management von Korallenriffen angewendet werden können.

Indem wir Bedingungen schaffen, die Anpassungen an ein breites Temperaturspektrum ermöglichen, können wir helfen, diese wichtigen Ökosysteme zu schützen und ihr Überleben für kommende Generationen zu sichern.