Alle fluoreszierenden Proteine leuchten in diesen Korallen. Foto von Michael Lesser und Charles Mazel, NOAA Ocean Explorer
Jeder, der in einem Korallenriff tauchen oder schnorcheln gegangen ist, wird die schillernden Farben und außerweltlichen Formen dieser Unterwassergemeinschaften wahrscheinlich nie vergessen. In den Riffen, an denen sich einige der weltweit vielfältigsten Hotspots für wild lebende Tiere befinden, werden jährlich 400 Milliarden US-Dollar für Touristen und die von ihnen erbrachten Ökosystemleistungen wie die Pufferung von Ufern vor Stürmen und die Bereitstellung von Lebensraum für Fische, die die Menschen essen, gezahlt.
Es ist jedoch allgemein bekannt, dass Korallenriffe auf der ganzen Welt aufgrund der Verschmutzung und der raschen Erwärmung der Ozeane rückläufig sind. Um zu bestimmen, wie es den Riffen geht - und Maßnahmen zu ihrem Schutz zu entwickeln -, ist es jedoch erforderlich, ihre Gesundheit genau zu messen. Die Forscher neigen dazu, sich auf invasive, schädliche Techniken zu verlassen, um herauszufinden, wie die Korallen zurechtkommen, oder sie führen grobe Stichproben durch, um die Riffgesundheit allein anhand der Korallenfarbe zu bestimmen. Jetzt haben Wissenschaftler eine neue Methode zur Bestimmung der Korallengesundheit angekündigt, die sich auf die Messung der Intensität des fluoreszierenden Glühens von Korallen stützt.
Ja, glühen. Korallen produzieren auf natürliche Weise fluoreszierende Proteine, die unter blauem Licht grün leuchten - fast alle Korallen weisen dieses physiologische Phänomen auf.
"Dies ist die erste Studie, die die Dynamik der Korallenfluoreszenz und der fluoreszierenden Proteinkonzentration während des Temperaturstresses verfolgt und zeigt, dass die Korallenfluoreszenz als Frühindikator für den Korallenstress verwendet werden kann", sagte Melissa Roth, Meeresbiologin an der University of California, Berkeley (ehemals Scripps Institution of Oceanography an der Universität von Kalifornien, San Diego), in einer E-Mail. "Da die Korallenfluoreszenz vor Ort nicht-invasiv gemessen werden kann, könnte sie ein wichtiges Instrument für die Bewirtschaftung von Riffen sein", sagte sie. Roth und ihre Kollegin Dimitri Deheyn haben ihre Ergebnisse diese Woche in Scientific Reports beschrieben .
Inwieweit eine Koralle leuchtet, hängt weitgehend von einer anderen Gruppe von Organismen ab, den Dinoflagellaten. Korallen sind eigentlich eine Symbiose aus sich selbst. Diese mikroskopisch kleinen Dinoflagellaten-Algen helfen Korallen dabei, sich zu ernähren, was wiederum das Wachstum von Korallenriffen fördert. Die winzigen Organismen sind auch dafür verantwortlich, dass Korallen ihren typischen bräunlichen Farbton erhalten.
Dinoflagellaten können jedoch aufgrund von Stressfaktoren wie erhöhter Temperatur, einem als Korallenbleichen bekannten Phänomen, das Schiff verlassen. Die von Natur aus weiße Haut der Korallen wird sichtbar, wenn sie ohne Hilfe ihrer dinoflagellierten Hülle allein gelassen werden. Die Koralle kann nach einem dinoflagellierten Exodus eine Weile leben, aber nicht lange. Wenn die Algen nicht zurückkehren, stirbt die Koralle.
In diesem Wissen beschlossen Roth und Deheyn zu untersuchen, wie die Fluoreszenz von Korallen den aktuellen Zustand einer Koralle und die Beziehung zwischen den Dinoflagellaten widerspiegeln könnte. Sie entschieden sich für Acropora yongei, eine häufig vorkommende Verzweigungskoralle, in ihren Experimenten, da es sich häufig um eine der ersten Korallen handelt, die Anzeichen von Stress und Bleichen in einem Riff zeigt. Sie haben einzelne Korallen in ihrem Labor einem von zwei verschiedenen Versuchsaufbauten unterzogen. In einigen Behältern schlugen sie Korallen mit kaltem Wasser und in anderen gossen sie Korallen in heißes Wasser. Eine andere Gruppe von Korallen diente als Kontrolle. Dann ließen sie die Korallen für fast drei Wochen in ihrem temperierten Wasser einlegen.
Die Forscher fanden eine eindeutige Korrelation zwischen dem Bleichgrad und der Konzentration der fluoreszierenden Proteine einer Koralle, die wiederum die Stärke ihres Glühens bestimmte. In den ersten 4 bis 5 Tagen fielen die fluoreszierende Proteinkonzentration und das Leuchten sowohl der kalt- als auch der wärmebehandelten Korallen ab. Am Ende des 20-tägigen Experiments hatten sich jedoch kaltstressige Korallen akklimatisiert und sich auf ihr normales Fluoreszenzniveau erholt. Wärmebelastete Korallen hingegen wurden gebleicht und begannen noch stärker zu leuchten, wahrscheinlich weil ihre dinoflagellierten Gemeinschaften die darunter liegende Fluoreszenz der Koralle nicht mehr blockierten. Wie eine Supernova vor dem endgültigen Zusammenbruch eines Sterns senden die Korallen kurz vor ihrem unvermeidlichen Untergang einen stetigen Strom intensiven Glühens aus.
Korallenbilder unter weißem Licht (linke Tafel) und blauem Licht (rechte Tafel) zeigen, wie unter Hitzebeanspruchung stehende Korallen am Ende des Experiments schließlich gebleicht wurden und ihr fluoreszierendes Leuchten verstärkten. Foto von Melissa Roth, Wissenschaftliche Berichte
Nach dem Tod hört das Leuchten auf. In einem Riffsystem würde die knochenweiße Koralle allmählich von einem Film aus Grünalgen maskiert, der die Ruinen des inzwischen verstorbenen Organismus bedeckt.
Sobald Korallen anfangen zu bleichen, haben Naturschützer oder Wildtier-Manager nur noch wenige Möglichkeiten, Riffen zu helfen, wenn sie anfangen zu sinken und oftmals irgendwann sterben. Wenn sie das Problem jedoch rechtzeitig erkennen, könnten sie versuchen, der Koralle mit Strategien wie dem Beschatten mit künstlichen Strukturen oder Sedimenten, dem Hinzufügen von Antioxidantien zum Wasser oder dem Einbringen von herzhafteren Dinoflagellaten zu helfen, obwohl wissenschaftliche Studien, die diese potenziellen Rettungsmethoden validieren, weitgehend fehlen.
Diese neue Entdeckung, so hofft Roth, kann genutzt werden, um den Einsturz des Riffs zu verhindern. Sie dient als eine Art Kanarienvogel in der Kohlenmine für Korallen in Not. „Manager könnten sich auf die empfindlichsten Korallen eines Riffs konzentrieren, wie z. B. auf verzweigte Korallen, und als frühes Anzeichen für Stress nach einem raschen Abfall der Fluoreszenz suchen“, sagte Roth. Dies würde ihnen ungefähr ein einwöchiges Zeitfenster geben, um Maßnahmen zu ergreifen, bevor das vollständige Bleichen begann. "Bleichen wäre wie ein Herzinfarkt", erklärte sie. "Sie würden eher Anzeichen von Bluthochdruck oder Verstopfung der Arterien erkennen, um einen Herzinfarkt zu behandeln und zu vermeiden."
Manager, die die Gesundheit ihres Riffs visualisieren möchten, können das Leuchten mit einer blauen Taschenlampe und einem gelben Filter über der Schnorchelmaske beobachten oder das Phänomen mit einer Kamera filmen, die mit denselben Funktionen ausgestattet ist. Wenn Manager beispielsweise den anfänglichen Rückgang des Korallenglühens bemerken, der auf ein bevorstehendes Problem hindeutet, könnten sofortige Maßnahmen ergriffen werden, um das Riff zu retten.
„Die Idee ist also, dass wir die Korallenfluoreszenz als Frühindikator für die Korallengesundheit vor dem Bleichen verwenden können, was Managern tatsächlich Zeit geben könnte, etwas zu tun, wenn sie Maßnahmen zum Schutz des Riffs ergreifen möchten. Offensichtlich kann dies im großen Maßstab schwierig sein, "erklärte sie und fügte hinzu, " wenn die Riffe degradiert werden, könnten die wenigen, die wir übrig haben, aggressiver geschützt werden. "
Weitere Forschungen darüber, wie diese Erkenntnisse auf andere Korallenarten zutreffen könnten, sind erforderlich, schreiben die Autoren. Sie hoffen auch, dass zukünftige Studien Biologie mit Ingenieurwissenschaften kombinieren werden, um ein digitales Bildgebungssystem zu entwickeln, mit dem das Ausmaß, in dem Korallen ihr Leuchten verändern, besser erfasst und quantifiziert werden kann.
