Korallen retten ... durch Samenbanken?

Der ausgestreckte Riesenkalmar auf unserem Rücken und der Schwanz eines 45-Fuß-Modells eines Glattwals, der in der Ocean Hall des Nationalen Museums für Naturgeschichte über unseren Köpfen thront, lassen uns leicht vorstellen, dass wir auf einem Korallenriff sitzen. Mary Hagedorn, Meeresbiologin am Smithsonian Conservation Biology Institute, skizziert die Szene: „Sagen wir, es ist alles eine Art. Wir können uns Acropora palmata vorstellen. Sie sehen aus wie Mammutbäume. Sie sind Mammutkorallen und es gibt Hunderte von ihnen vor uns. “

Die vom Aussterben bedrohte Art, auch Elchhornkoralle genannt, weil ihre Äste Elchgeweih gleichen, kommt in der gesamten Karibik im Flachwasser vor. Einmal im Jahr, im August oder September, vermehrt sich die Art sexuell nach einer Methode namens "Broadcast Spawning". Unter Verwendung des Mondes, des Sonnenuntergangs (den sie durch Photorezeptoren wahrnehmen) und einer Chemikalie, die es ihnen ermöglicht, sich gegenseitig zu "riechen", synchronisieren sich benachbarte Kolonien ihr Laichen. Für zwei bis vier Nächte setzt jeder einzelne Korallenpolyp auf einer Kolonie ein Bündel von Eiern und Sperma in die Wassersäule frei. Die Säcke, die nach Hagedorn wie Weintrauben aussehen, driften an die Oberfläche, wo sie brechen, vermischen sich mit denen aus anderen Kolonien und düngen sich gegenseitig.

In Hagedorn wurden insgesamt 63 Laicharten von zehn verschiedenen Arten beobachtet, darunter Acropora palmata in der Karibik und im Pazifik. "Wir werden einige vor uns haben und vielleicht einige links und einige rechts in diesen Populationen", sagt sie und schwenkt ihre Arme, als ob sie ein Orchester aus laichenden Korallen in unserem imaginären Riff dirigieren würde.

In Korallenriffen lebt ein Viertel aller Meerestiere. Sie schützen die Küsten vor Hurrikanen und Tsunamis und sind eine Quelle für potenzielle Biopharmazeutika. Aber in den letzten 30 Jahren wurden allein in der Karibik stolze 80 Prozent der Korallen zerstört. Korallenkrankheiten nehmen zu, während sich die Wasserqualität verschlechtert, und die Verbrennung fossiler Brennstoffe hat die Menge des im Meerwasser gelösten Kohlendioxids erhöht, was wiederum den Säuregehalt des Wassers erhöht. Die Skelettablagerungen von Korallen, die Riffe bilden, korrodieren in saurem Wasser wie Zähne in Soda. Etwa ein Drittel aller Korallen ist vom Aussterben bedroht, und einige Korallenexperten sagen, dass wir bis 2050 Riffe verlieren könnten, wie wir sie kennen.

Bis vor sieben Jahren studierte Hagedorn Fisch. Nachdem sie jedoch einige Erfolge bei der Kryokonservierung von Fischembryonen erzielt hatte - das Einfrieren und Speichern dieser Embryonen für die spätere Verwendung -, glaubte sie, einige der gleichen Techniken auf Korallen anwenden zu können. Um der Laichkoralle näher zu kommen, zog sie 2004 von Washington DC an die Nordostküste von Oahu, wo sie am Hawaii Institute of Marine Biology auf Coconut Island stationiert ist. Sie hat die ersten gefrorenen Speicher für Korallenspermien und embryonale Zellen geschaffen. Die „Samenbanken“ mit Proben von Elchhornkorallen und hawaiianischen Pilzkorallen sind insofern eine Art Versicherungspolice, als sie in einem, 50 oder sogar 1000 Jahren abgeschlossen werden könnten, um sterbende Populationen wiederherzustellen und ihre genetische Vielfalt zu erhöhen. "Mein Ding ist, dass ich das Schlimmste plane und auf das Beste hoffe", sagt sie. „Es ist so ein kleiner Preis, eine eingefrorene Bank zu machen. Und die Kosten dafür sind so astronomisch. Es macht keinen Sinn, es nicht zu tun. “

In Hagedorn wurden insgesamt 63 Laicharten von 10 verschiedenen Arten in der Karibik und im Pazifik beobachtet. (Mary Hagedorn) Ungefähr ein Drittel aller Korallen ist vom Aussterben bedroht, und einige Korallenexperten sagen, dass wir Riffe verlieren könnten, wie wir sie bis 2050 kennen. (Mike Henley im National Zoo) „Wenn wir unsere Korallenriffe verlieren, ist dies das erste Ökosystem, das wir verloren haben, während der Mensch lebt. Es wird auf unserer Uhr sein und das meiste davon ist uns zu verdanken. Das halte ich nicht für akzeptabel “, sagt Hagedorn rechts. (Jim Daniels) Mary Hagedorn hat die ersten gefrorenen Speicher für Korallenspermien erstellt. Die hier gezeigten „Samenbanken“ mit Proben von Elchhornkorallen und hawaiianischen Pilzkorallen sind eine Art Versicherungspolice. (Carlos Villoch / Fachhandel / Corbis)

Die Herausforderung für Hagedorn besteht darin, zur richtigen Zeit am richtigen Ort zu sein. In Oahu ist sie in Bereitschaft, als zwei Tage nach dem Vollmond im Juni, Juli, August und September hawaiianische Pilzkorallen erscheinen. Im Laufe der Zeit hat sie ihre Methoden zum Sammeln von Gameten optimiert. Wenn die Korallen anfangen, sich zu "setzen", was bedeutet, dass sie mit Ei-Sperma-Bündeln besudelt sind, die zum Freilassen bereit sind, setzen Hagedorn und ihr Tauchteam feine, passgenaue Netze über einzelne Korallen. Auf dem Netz befindet sich ein Kunststofftrichter, der an einem Probenbecher befestigt ist, und ein Schwimmer. Nach dem Laichen der Korallen sammeln die Kajakfahrer die Proben und bringen sie ans Ufer. "Wir hoffen wirklich, dass dies die Art von Verfahren ist, die wir fast jedem Wissenschaftler beibringen können, und sie können es in einem kleinen Labor am Strand tun", sagt sie.

Das Sperma und die Eier sind nur für ein paar Stunden lebensfähig, so dass Hagedorn und ihr Team schnell arbeiten. Im Labor säubert Hagedorn nach dem Zerfallen der Säcke die Eizellen und untersucht die Beweglichkeit und Konzentration der Spermien unter einem Mikroskop, ähnlich wie es menschliche Fruchtbarkeitsspezialisten tun. Normalerweise sammelt sie gerne fünf bis sieben männliche Spermien, um sie einzufrieren. Wenn sie mit einer neuen Art arbeitet, testet Hagedorn verschiedene Gefrierraten. Das Sperma wird von Raumtemperatur bis auf die Temperatur von flüssigem Stickstoff oder minus 324 Grad Fahrenheit mit vielleicht 10, 20 oder 30 Grad pro Minute abgekühlt. Sie wird dann das Sperma auftauen, seine Beweglichkeit überprüfen und die Rate bestimmen, die den größten Prozentsatz an starken Schwimmern ergibt. Im kritischen Test des Prozesses hat Hagedorn gefrorenes Korallensperma erfolgreich zur Befruchtung frischer Eier eingesetzt.

Hagedorn friert auch embryonale Korallenzellen ein. Dazu befruchtet sie frische Eier mit frischem Sperma und wartet je nach Art etwa 12 bis 24 Stunden auf das Wachstum der Embryonen. Dann zieht sie diese Embryonen auseinander und friert die embryonalen Zellen ein. "Wir wissen nicht, wie wir es jetzt machen sollen, aber in Zukunft werden wir hoffentlich in der Lage sein, die embryonalen Zellen, die höchstwahrscheinlich Korallenstammzellen enthalten, zu einzelnen Korallen zu bewegen", sagt Hagedorn. "Ich hoffe, dass sich die menschliche Stammzellbiologie so schnell entwickeln wird, dass wir diese Fortschritte schnell nutzen und auf Korallen anwenden können."

Hagedorn arbeitet daran, ihre hawaiianische Bank um Spermien und embryonale Zellen aus Reiskorallen zu erweitern, einer Art, die anfällig für Krankheiten und Bleichen ist. Im August besuchte sie zwei Wochen lang das Carrie Bow Cay Marine Laboratory von Smithsonian in Belize, um die vom Aussterben bedrohte Hirschhornkoralle zu untersuchen. „Jetzt ist die Zeit zum Sammeln gekommen“, sagt Hagedorn, während die Korallen des Ozeans immer noch eine große genetische Vielfalt aufweisen. "Keine 20 Jahre, in denen die Populationen möglicherweise noch weiter zusammengebrochen sind." Im November werden Hagedorn und das Smithsonian Conservation Biology Institute in Zusammenarbeit mit dem australischen Institut für Meereswissenschaften, Sydneys Taronga Zoo und anderen eine eingefrorene Samenbank für zwei Personen schaffen Hauptkorallenarten aus dem Great Barrier Reef.

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Nancy Knowlton, eine renommierte Korallenriff-Biologin und der Sant-Lehrstuhl für Meereswissenschaften von Smithsonian am Natural History Museum, stimmt mit Hagedorn überein, dass Wissenschaftler mit welchen Instrumenten sie den Korallenverlust lindern sollten. Die Kryokonservierung sei ein "sehr wichtiges Werkzeug im Werkzeugkasten".

„Korallen laichen und vermehren sich normalerweise, und wir müssen ihnen nicht zur Seite stehen“, sagt Knowlton. "Angesichts des prekären Zustands der Riffe rund um den Planeten kann es durchaus sein, dass wir bei einigen Arten, insbesondere bei seltenen Arten, auf diese kryokonservierten Ufer zurückgreifen müssen, um sicherzustellen, dass sie nicht aussterben."

Hagedorn arbeitet an der Entwicklung weiterer Werkzeuge, um kleine, ein bis zwei Millimeter große Korallenfragmente einzufrieren. Korallen vermehren sich nicht nur sexuell, sondern können sich auch asexuell vermehren. Wenn ein Stück abbricht, kann es sich am Meeresboden festsetzen und eine neue Kolonie gründen. „Beim Auftauen können diese kleinen Erwachsenen verklebt werden und sich möglicherweise innerhalb von Jahren fortpflanzen“, sagt Hagedorn. Sie ist auch eine Verfechterin der Aufzucht von Korallenlarven in Aquarien auf der ganzen Welt. In Curaçao experimentiert eine Gruppe von Wissenschaftlern mit SECORE, einem 2002 gegründeten Korallenkonsortium, dem Hagedorn angehört, mit der Aufzucht von Korallen in einer naturnahen Umgebung. Dabei wird Wasser von einem Riff eingespeist, damit die jungen Korallen dem Riff ausgesetzt werden Krankheitserreger und Temperaturschwankungen der Wildnis, ohne die Raubtiere.

Natürlich müssen Kryokonservierung und Korallenrestaurierung mit der Verbesserung der Gesundheit wildlebender Ökosysteme einhergehen. "Es ist nicht gut, nette kleine Jugendkorallen, die Sie aus Eiern und Sperma gezogen haben, auf dem Feld zu platzieren, wenn die Bedingungen, unter denen die Korallen zuerst getötet wurden, noch immer gegeben sind", sagt Knowlton.

Hagedorn wünscht sich letztendlich eine globale Kryokonservierung von Korallenzellen. "Sie hat mir viel beigebracht, wie man Leidenschaft für das hat, was man tut, und wie man beharrlich durchhält, um mit den Dingen fortzufahren, an die man glaubt", sagt Ginnie Carter, Biotechnikerin in Hagedorns Labor.

„Wenn wir unsere Korallenriffe verlieren, ist dies das erste Ökosystem, das wir verloren haben, während der Mensch lebt. Es wird auf unserer Uhr sein und das meiste davon ist uns zu verdanken. Das halte ich nicht für akzeptabel “, sagt Hagedorn. Sie nimmt das Bedürfnis der Menschen ernst, sich persönlich verpflichtet zu fühlen, sich um die Erde zu kümmern. "Für mich ist mein Beitrag Koralle", sagt sie.

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