Ein besseres Verständnis von der Stressreaktion bei der Korallenbleiche
Korallenriffe basieren für den Aufbau der Riffinfrastruktur auf der Symbiose von Mikroalgen mit einem kalzifizierenden Tier. Doch der Klimawandel bedroht jetzt Korallenriffe weltweit, da dieser eine symbiontische Fehlfunktion namens „Korallenbleiche“ verursacht. Obgleich die Wissenschaft weiß, dass die Bleiche eine artenspezifische und stressorenspezifische Reaktion ist, sind die zugrundeliegenden zellulären und intrazellulären Reaktionen unzureichend erforscht. Es ist bekannt, dass Stickoxid (NO) und Wasserstoffperoxid (H2O2) beteiligt sind, doch deren Ursprünge, deren Wechselwirkung und Dynamik ist vor dem EU-unterstützten Projekt DENOCS noch nicht untersucht wurden. DENOCS konnte erstmals unter Verwendung von Korallengewebekulturen eine stressorenspezifische NO-Produktion bei einer intakten Symbiose visualisieren. Die Experimente zeigten, dass „typische“ Stressoren, welche die Korallenbleiche induzieren, am Mikroalgenort die NO-Produktion einleiteten. Das Team zeigte zudem, dass diese Wirkung auch durch Lichtstress induziert werden konnte.
Wenn die Symbiose zusammenbricht
Bei ökologischem Stress bricht die Symbiose zwischen dem tierischen Wirt, (Nesseltiere von der Ordnung Scleractinia), und der Mikroalgenfamilie Symbiodiniaceae, die in deren Gewebe leben, zusammen. Wenn die Mikroalgen abgebaut oder verdrängt werden, bleibt lediglich das weiße, verbleicht aussehende Korallenskelett unter dem nahezu lichtdurchlässigen Tier sichtbar. Falls die Stressbedingungen nicht nachlassen, stirbt die Koralle. Die Oberflächentemperaturen auf hoher See in Verbindung mit hoher Helligkeit sind die wesentlichen Stressoren, die zu einer Korallenbleiche führen. Doch unterschiedliche Arten von Mikroalgen können unterschiedlich auf Stress reagieren und manche Mikroalgen können ihre Widerstandsfähigkeit modulieren, indem sie ihren Mikroalgensymbionten durch eine stresstolerantere Art ersetzen. DENOCS wandte biomedizinische Bildgebung und eine Abtastung der Mikroumwelt auf Korallen unter Stress an, um zu untersuchen, ob das Korallentier oder die Mikroalgen die Hauptproduzenten der zellulären Radikale (H2O2 oder NO) bei der Bleichreaktion sind. Unter Verwendung von Korallengewebekulturen (von der Koralle Fungia fungites), die bei kurzzeitiger (6 Stunden) und langzeitiger (24 Stunden) Inkubation thermischem Stress und hoher Helligkeit ausgesetzt wurden, konnte die Anwesenheit und die Position von NO in der symbiontischen Gewebeanordnung nach Hinzugabe eines auf NO reagierenden Fluoreszenzfarbstoffs auf einem Konfokalmikroskop abgebildet werden. Das Team fand zudem heraus, dass geringe Sauerstoffbedingungen die Produktion schädlicher zellulärer Radikale wie NO stimulieren können. Es wurde festgestellt, dass unterschiedliche Mikroalgenkulturen (Symbiodinium microadriaticum und S. tridactnidorum) unterschiedlich auf NO-Stress reagierten. „Wenn eine Koralle S. microadriaticum bewirtet und das Tier infolge einer Stressreaktion auf hohe Temperaturen oder Licht NO freisetzt, wird die Produktivität ihres Mikroalgensymbionten gemindert. Dies bedeutet, dass im Vergleich zu einer Koralle, die einen NO-empfindlichen Mikroalgensymbionten beherbergt, weniger Energie an den Wirt übertragen wird“, erklärt Verena Schrameyer, die Forschungsstipendiatin von DENOCS.
Bewirtschaftung von Korallenriffs
Auf die Korallenbleiche wird immer wieder von Forschenden und den Medien als eine der verheerendsten Folgen des Klimawandels hingewiesen. Das DENOCS-Projekt trägt zu einer näheren Erklärung der beteiligten Prozesse und der Ähnlichkeit bestimmter Stressmechanismen zu jenen bei höheren Tieren bei. „Durch ein besseres Verständnis der nitrosativen und oxidativen Stressreaktionen in Korallen hilft DENOCS bei Maßnahmen zur Quantifizierung von Konzentrationsschwellen und wahrscheinlichen Wirkstellen für effektivere Interventionen“, sagt Projektkoordinator Michael Kühl. Die technologischen Fortschritte von DENOCS könnten für weiterführende ökotoxikologische Arbeit genutzt werden. Die experimentellen Techniken könnten zum Beispiel für Studien verwendet werden, um herauszufinden, wie sich Umweltschadstoffe wie kunststoffhaltiges Sickerwasser oder sonstige Fremdstoffe auf zelluläre Radikale und deren kritische Schwellenwerte für den Korallenstress auswirken.
Schlüsselbegriffe
DENOCS, Koralle, Klimawandel, Stressor, Bleiche, Biodiversität, Ökosystem, Stickoxid, Wasserstoffperoxid, Scleractinia, Symbiose, Symbiodiniaceae, Mikroalge, biomedizinische Bildgebung, Sensoren
