Foto: Samuel Nietzer
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In der Natur bedroht, im Labor vermehrt: Korallen

TLDR:

Am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) der Universität Oldenburg haben Forschende Korallen im Labor vermehrt. Wir erklären, wie ihnen das gelang und was ihre Forschung für den Schutz der bedrohten Tiere bedeutet.

Lesedauer: 4:30 min Kategorien: Meeresforschung, Klimawandel, Biodiversität Datum: 1. Oktober 2021

Der Mond besteht aus LED-Lampen – zumindest im Labor von Prof. Dr. Peter Schupp. Am Institut für Chemie und Biologie des Meeres (ICBM) in Wilhelmshaven sorgt er mit modernster Technik dafür, dass die Steinkorallen in seinen Aquarien ideale Bedingungen haben. Mond- und Sonnenaufgang, Mondzyklus, Wassertemperatur – alles soll exakt so sein, wie es die Tiere aus ihrer Ursprungsregion, dem nördlichen Teil des Great Barrier Reefs in Australien, gewohnt sind. Nur so besteht die Chance, dass sie sich sexuell fortpflanzen.

Was in der natürlichen Umgebung der Korallen ein- bis zweimal im Jahr stattfindet, ist im Labor bisher selten gelungen. In Deutschland sind Schupp und seine beiden Mitarbeiter Dr. Samuel Nietzer und Matthew Jackson sogar die Ersten, die die sexuelle Fortpflanzung von Korallen im Labor ermöglicht haben. Ein kleiner Lichtblick, denn in ihrer natürlichen Umgebung sind Korallen zunehmend bedroht. Warum das so ist, wie die Vermehrung im Labor genau ablief und inwiefern sie helfen kann, Korallen in ihrer natürlichen Umgebung zu schützen, erfahren Sie in den Kapiteln dieses Blogartikels.

Warum sind Korallen bedroht?

Wie läuft die Korallenvermehrung im Labor genau ab?

Vom Ablaichen bis zur Larve – ein Überblick in Bildern

Lassen sich Korallenriffe mit Korallen aus dem Labor aufforsten?

Wird sich das Korallensterben in Zukunft noch aufhalten lassen?

Warum sind Korallen bedroht?

Wie bei vielen Umweltproblemen spielt auch hier der Klimawandel eine große Rolle: Ein wesentlicher Grund für das Korallensterben sind steigende Wassertemperaturen. Viele Korallenarten leben in einer symbiotischen Beziehung mit Algen. Wird das Wasser zu warm, produzieren die Algen Giftstoffe, folglich stoßen die Korallen sie ab. Die Korallen verlieren so erst ihre Farbe, dann sterben sie.

Forschende nennen diesen Prozess Korallenbleiche. Deren Ausmaße sind immens: Laut dem australischen Korallenforscher Terry Hughes ging am berühmten Great Barrier Reef vor der Küste Australiens seit den 1990er Jahren die Zahl der kleinen, mittleren und großen Korallen um mehr als 50 Prozent zurück.

Korallenriffe am Great Barrier Reef
Bunte Korallenriffe wie hier am Great Barrier Reef sind bedroht. Ein wesentlicher Grund hierfür sind steigende Wassertemperaturen.
Foto: istock.com/vlad61

Die Negativspirale des Korallensterbens

Steigende Wassertemperaturen sind also an sich schon lebensbedrohlich. Zusätzlich setzen sie eine weitere negative Dynamik in Gang: Wenn Korallen absterben, wird es für die verbleibenden Tiere schwieriger, sich zu vermehren. Das hat mit der Art zu tun, wie sich fortpflanzen: Korallen sind Zwitter, die ein- bis zweimal im Jahr sowohl Spermien als auch Eizellen ins Wasser abgeben. Das passiert bei Tausenden von Kolonien gleichzeitig, „teilweise bis auf die Minute genau“, sagt Nietzer. Eizellen und Spermien werden in kleinen Päckchen durch eine Fettmembran zusammengehalten. Diese sorgt dafür, dass die Päckchen an die Meeresoberfläche treiben, wo sie sich öffnen und die Befruchtung stattfindet.

Wenn Korallen sterben, sinkt aber ihre Populationsdichte. Je weniger Korallen auf einem bestimmten Gebiet zusammenleben, desto unwahrscheinlicher ist es, dass die Keimzellen zueinander finden. Stattdessen verlieren sie sich immer häufiger im Meer.

Wie läuft die Korallenvermehrung im Labor genau ab?

Im Labor lassen sich Korallen auf zwei unterschiedliche Arten vermehren. Normalerweise üblich ist die asexuelle oder vegetative Vermehrung. Dabei werden Korallen in kleinere Fragmente gebrochen, die jeweils zu selbstständigen Lebewesen heranwachsen. „So produziert man aber genetisch identische Lebewesen, also Klone“, sagt Schupp.

Für die wissenschaftliche Forschung oder auch zur Wiederaufforstung von Korallenriffen eignen sich genetisch unterschiedliche Korallenlarven besser. Diese entstehen durch sexuelle Vermehrung – das Verfahren also, das Schupp und sein Team anwendeten. Ähnlich wie in der Natur geben die Korallen dabei ihre Keimzellen ins Wasser ab. Damit sie das tun, müssen die Wissenschaftler ihre natürliche Lebensumgebung bis aufs kleinste Detail im Labor nachahmen.

Bei der sexuellen Vermehrung geben Korallen ihre Keimzellen ins Wasser ab.
Foto: Samuel Nietzer

Australische Lebensverhältnisse imitieren

Schupp und seine Mitarbeiter recherchierten daher Daten zum Auf- und Untergang von Sonne und Mond und zur Wassertemperatur in Australien, dem Ursprungsland ihrer Korallen. Klima-Computer steuerten auf dieser Grundlage LED-Lampen, Heizstäbe und Kühlelemente in den Aquarien. Während die Korallen wachsen, entziehen sie dem Wasser Nährstoffe wie Calcium und Carbonate. Um dies auszugleichen, setzten die Wissenschaftler programmierbare Dosierpumpen ein. Nietzer und seine Kollegen brachten auch sogenanntes Lebendgestein in die Aquarien ein – also Steine, die von Bakterien besiedelt sind, wie sie die Korallen in ihrer natürlichen Umgebung kennen.

Schließlich, im November 2020, wurden die Korallen geliefert. Bereits zwei Wochen danach sollten sie ablaichen und sich fortpflanzen. „Dieser Termin war nicht verhandelbar, weil er durch die Lebensverhältnisse der Korallen in ihrer natürlichen Umgebung vorgegeben ist“, sagt Nietzer. Wäre es nach seinen Wünschen gegangen, hätte er am liebsten ein halbes Jahr Zeit eingeplant, um die Korallen an ihre neue Umgebung zu gewöhnen und diese an sie anzupassen.

Von Vorteil für die Wissenschaftler war, dass sie Korallen aus früheren Forschungsarbeiten sehr gut kennen. So beobachteten sie akribisch deren Wachstum, registrierten Gewebeschäden und inspizierten die Polypen der Tiere. Je nachdem, was ihnen gerade fehlte, passten sie Wasserchemie oder Beleuchtung an.

 

Vom Ablaichen bis zur Larve – ein Überblick in Bildern

 

Befruchtung in Handarbeit

Am 8. Dezember 2020 war es dann so weit: Wie in ihrer natürlichen Umgebung auch, gaben die Korallen Eizellen und Spermien in das Wasser ab. Schupp und seine Kollegen waren erleichtert. Gleichzeitig kam viel Handarbeit auf sie zu. Denn während sich in der natürlichen Umgebung der Korallen Eizellen und Spermien an der Wasseroberfläche verbinden, ist das im Aquarium wegen der Filterpumpen nicht möglich.

Die Wissenschaftler stülpten daher Kunststoffzylinder über die Korallen, mit denen sie die Keimzellen auffingen. Von Hand trennten sie Eizellen und Spermien voneinander. Anschließend führten sie die Keimzellen zusammen – Spermien von der einen, Eizellen von einer anderen Kolonie. „Mit dieser Kreuzbefruchtung wollten wir die Erfolgschancen erhöhen“, sagt Nietzer. So lassen sich Befruchtungen zwischen Keimzellen derselben Kolonie verhindern, die zum Absterben der Embryos führen.

 

Die Wissenschaftler fingen die Keimzellen auf und sammelten sie in Bechern. Anschließend führten sie Eizellen und Spermien zusammen.
Foto: Samuel Nietzer

„Bereits ein bis zwei Stunden nachdem wir die Keimzellen zusammengebracht hatten, konnten wir erste Zellteilungen erkennen“, sagt Nietzer. In einer großen Schale zogen er und seine Kollegen tausende Embryonen heran. Nach drei bis vier Tagen wurden aus ihnen kleine Larven, die in spezielle Ansiedlungsbecken kamen. Am Ende der Ansiedlungsphase hatten sich mindestens 50.000 sogenannte Primärpolypen auf den Ansiedlungssubstraten festgesetzt. Die schwimmenden Larven hatten sich also in festsitzende Organismen umgewandelt.

Lassen sich Korallenriffe mit Korallen aus dem Labor aufforsten?

Einerseits eignen sich Korallen, die im Labor sexuell vermehrt wurden, für die Riffaufforstung besonders gut. Anders als bei der asexuellen Vermehrung entstehen hierbei genetisch unterschiedliche Individuen. Es wäre also möglich, dass sich einige der Tiere durch bestimmte Genvarianten besser an warme Wassertemperaturen anpassen können. „Bei unseren früheren Forschungen konnten wir außerdem feststellen, dass junge Korallen generell anpassungsfähiger sind als ältere“, sagt Schupp. Auch das würde dafür sprechen, Jungkorallen aus dem Labor in der Natur anzusiedeln.

Andererseits bremst Schupp allzu große Hoffnungen: Denkbar wäre eine Aufforstung an einzelnen Stellen, wenn beispielsweise Riffe durch Stürme verwüstet worden sind. „Es ist aber unmöglich, damit große Riffe wie das Great Barrier Reef zu retten.“

Korallenbleiche
Korallen aus dem Labor können hilfreich sein, um einzelne Riffabschnitte aufzuforsten. Es ist aber unmöglich, mit ihnen ganze Riffe, die von Korallenbleiche betroffen sind (wie auf diesem Bild) zu retten.
Foto: istock.com/Rainer von Brandis

Nutzen für Aquaristik und Forschung

Die Korallen aus dem Labor eignen sich allerdings noch für andere Zwecke. Da sie bei Meeresliebhabern sehr beliebt sind, dürfen sie in vielen privaten und öffentlichen Aquarien nicht fehlen. Um diese zu beliefern, werden immer wieder Korallen aus bestehenden Riffen entnommen. Korallen aus dem Labor könnten helfen, solche Eingriffe zu reduzieren.

Auch Schupp und sein Team profitieren von den eigens gezüchteten Korallen: Mit ihnen wollen sie in Zukunft weiter erforschen, wie sie sich an Riffen ansiedeln. Bereits seit 2010 beschäftigt sich das Team mit dieser Frage. Fast jährlich flogen sie hierfür auf die Pazifikinsel Guam, um Korallenlarven zu erhalten – ein enormer Aufwand, der in Zukunft nicht mehr nötig ist.

Wird sich das Korallensterben in Zukunft noch aufhalten lassen?

Fest steht, dass viele Faktoren den Korallen das Leben schwer machen. Neben steigenden Wassertemperaturen sind das unter anderem Plastikmüll oder Abfälle, die ins Meer geleitet werden. Ob die Korallen gerettet werden können, hängt daher laut Nietzer auch davon ab, inwiefern die betroffenen Länder Umweltschutzmaßnahmen umsetzen. Immerhin sind viele von ihnen auf Tourismus angewiesen und profitieren von den Korallenriffen.

Offen ist unter Forschenden, wie schnell sich Korallen an die stark steigenden Wassertemperaturen anpassen können. Auf der einen Seite verändert sich das Klima aktuell in einem rasanten Tempo. Auf der anderen Seite haben sich die Tiere in der Vergangenheit als sehr anpassungsfähig erwiesen: Immerhin gibt es sie bereits seit etwa 400 Millionen Jahren. „Daher ist es umso wichtiger, dass Wissenschaftler_innen sich weiter intensiv mit der Anpassungsfähigkeit von Korallen beschäftigen“, sagt Nietzer.

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