Korallenskelette könnten dem Effekt der Ozeanversauerung standhalten

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Korallen sind die Bausteine vielfältiger mariner Riff-Lebensgemeinschaften und die Besorgnis, wie diese Lebewesen mit steigenden Meerwassertemperaturen und zunehmender Ozeanversauerung zurechtkommen werden, steigt. Sowohl ansteigende Meerwassertemperaturen als auch die Ozeanversauerung gefährden die Stabilität der Korallenskelette, doch neue Forschungsergebnisse deuten nun an, dass zumindest eine bestimmte Korallenspezies ihr hartes Calciumkarbonatskelett schneller und aus größeren Teilen aufbaut, als bisher bekannt war.

Neue Forschungsergebnisse von Pupa Gilbert, Physikprofessorin der University of Wisconsin-Madison, liefern den Beweis, dass die Korallenspezies Stylophora pistillata ihr hartes Karbonatskelett  wesentlich schneller und aus größeren zusammenhängenden Teilen aufbaut als man bislang annahm, diese Eigenart könnte auch für weitere Korallenspezies gelten.
Anstatt dem Skelett neues Material Molekül für Molekül hinzuzufügen, bildet die Koralle aktiv große Blöcke aus Mineralen, die es dem Skelett hinzufügt, dadurch wird das Wachstum gezielt kontrolliert und findet mit einer größeren Geschwindigkeit statt. Die Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass die Mineralien innerhalb des Gewebes der Korallen gebildet werden, dieser Prozess kann auch bei steigendem Säuregehalt weiterhin auf diese Art und Weise ablaufen. Falls andere Korallenspezies ihr Skelett auf ähnliche Weise aufbauen, könnte die massive Krise, die Wissenschaftler als Grund für die Zerstörung der Riff-Ökosysteme befürchten, ausbleiben. Jedoch bedrohen auch andere Stressfaktoren, wie z. B. steigende Meerwassertemperaturen und Korallenbleiche, die Riffsysteme weiterhin.

Der Forschungsbeitrag wurde Ende August in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht und Wissenschaftler der University of Haifa und des Lawrence Berkeley National Laboratory waren an der Studie beteiligt.

„Korallenriffe bedecken lediglich ein Prozent des gesamten Ozeanbodens, aber sie beherbergen rund 25 Prozent aller marinen Spezies, das macht sie im biologischen Sinne so unglaublich divers und bedeutsam“, sagt Gilbert. „Außerdem sind sie auch im ökonomischen Sinne wichtig, z. B. für die Fischindustrie, für den Tourismus und indem sie in Küstengebieten eine Schutzfunktion vor tropischen Stürmen einnehmen.“

Korallen sind Kolonien aus kleinen Tentakel-tragenden Organismen,  die sich selbst in knochenartigen Strukturen aus Calciumkarbonat, dem Material, aus dem auch die Schalen anderer Meeresorganismen aufgebaut sind,  einmanteln. Ihre Rolle, auf diese Art und Weise ein Habitat für andere Lebensarten aufzubauen, hat die Aufmerksamkeit auf sie und die Art, wie sie ihr steiniges Skelett aufbauen, gezogen.

Trotz jahrzehntelanger Forschungsarbeit waren Wissenschaftler bisher nicht in der Lage zuverlässig zwischen den beiden gegensätzlichen Theorien zum Korallenwachstum für die richtige zu entscheiden. Die klassische Idee war bisher, dass Korallen auf ein Calcium-reiches Fluid angewiesen sind und daraus ganz langsam, Molekül für Molekül, Minerale zu ihrem Skelett hinzufügen. Andere Hinweise deuteten eine aktivere Rolle für den soften Teil der Koralle an: Die Aufnahme von Meerwasser, dieses zu konzentrieren und dann wiederum Molekül für Molekül in ihr Skelett einzubauen.

Gilbert entwickelte nun eine neue Methode, die sie Komponenten-Kartierung getauft hat, um die Wachstumsabschnitte sichtbar zu machen, um zu sehen, woraus diese Strukturen bestehen. Indem sie hochenergetisches Licht nutzten, das von der Advanced Light Source am Berkeley Lab ausgestrahlt wird und der Unterscheidung verschiedener Minerale dient, erstellte Gilberts Team pixelweise eine Karte, um ein Bild der wachsenden Skelette von Stylophora pistillata, die auch als  Griffelkoralle bekannt ist und zu den Steinkorallen zählt, zu erschaffen. Sie entdeckten dabei Partikel aus amorphem und instabilem Calciumkarbonat an und nahe der wachsenden Oberfläche der Korallenskelette.
Einige dieser Partikel waren mit einer Größe von 400 Nanometern vergleichsweise groß, das ist 500 Mal größer als eine einzelne Calciumkarbonatgruppe.
Außerdem entdeckten die Wissenschaftler den Beweis dafür, dass die instabilen Vorstufen letztlich als Aragonit (die stabile Form des Calciumkarbonats, dass auch ausgereifte Korallenskelette aufbaut), auskristallisieren.

„Es handelt sich um dieselben Vorstufen von Biomineralen wie man sie auch in Seeigeln und Meeresschnecken findet, die ganz andere Organismen von einem ganz anderen Zweig im Stammbaum des Lebens darstellen, daher ist die Tatsache, dass sie dieselben Mechanismen nutzen, um ihre Skelette aufzubauen absolut überraschend“, erklärt Gilbert.

Visualisierung der Orientierung von Kristallen via Color-Coding in einem Exemplar von Stylophora pistillata, um zu demonstrieren, dass Korallen durch das Hinzufügen von Partikeln wachsen. Das Bild hat eine Auflösung von 60nm bei einer Breite von 280µm.
Bild: Pupa Gilbert, Chang-Yu Sun, Cayla Stifler, University of Wisconsin-Madison, and Matthew Marcus, Advanced Light Source, Lawrence Berkeley National Laboratory

In ihrem neuen Modell zum Wachstum der Korallen erklären Gilbert und ihre Kollegen, dass Korallen Meerwasser in ihrem Gewebe sammeln, Material hinzufügen und das ganze zu großen amorphen Partikeln von Calciumkarbonat zusammenfügen. Nur dann transportieren die Tiere die Partikel an ihre Oberfläche und fügen sie ihrem wachsenden Skelett hinzu, wo sie sich langsam in stabiles Aragonit umwandeln. Dieses Wachstumsschema ist mehr als 100 Mal schneller als Molekül für Molekül zu wachsen, was mit dem enorm schnellen Wachstum der Korallen übereinstimmt.

Da diese Forschungsergebnisse dem Korallenwachstum eine aktive Rolle zuschreiben, legt dies den Schluss nahe, dass die Korallen nicht gänzlich auf die Gnade der chemsichen Veränderungen des Meerwassers angewiesen sind. Während ein saures Milieu zur Auflösung von Calciumkarbonat führen kann, sollte die Art der Skelettkonstruktion die Gilbert beobachten konnte in einem zunehmend versauernden Ozean durchaus für ausreichende Stabilität sorgen. Obwohl der zunehmende Gehalt von Kohlenstoffdioxid in der Atmosphäre zunehmend die Ozeane saurer werden lässt, sollten die Korallen diesen Stress laut der Forschungsergebnisse aushalten können.

„Wenn diese Art des Wachstums auch in anderen Korallenspezies nachgewiesen werden kann, dann könnte es sich um einen allgemein gültigen Mechanismus handeln und das würde uns befähigen, vorauszusagen, dass Korallen  in sauren Ozeanen weiterhin ebensogut wachsen werden wie bisher“ schließt Gilbert.

Quelle: off. Pn. der University of Wisconsin-Madison
Publikation: Tali Mass, Anthony J. Giuffre, Chang-Yu Sun, Cayla A. Stifler, Matthew J. Frazier, Maayan Neder, Nobumichi Tamura, Camelia V. Stan, Matthew A. Marcus, Pupa U. P. A. Gilbert. Amorphous calcium carbonate particles form coral skeletons. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2017; 201707890 DOI: 10.1073/pnas.1707890114

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Ariane Paninski

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