biologie — meeresbiologie
Hitzestress im Riff Die Gefährdung des Zusammenspiels von Tier und Pflanze
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Mit ihren schneckenartigen Kammern erinnern Forams an Ammoniten (marine Kopffüßer), zu welchen sie auch im 19. Jahrhundert gezählt wurden. Heute wissen wir, dass Forams nur aus einer einzigen Zelle bestehen, die bis zu mehreren Zentimetern groß werden kann. Deswegen zählen wir sie zu den Protozoen, Tiere mit nur einem einzelligen Plasmakörper. Die-
angesiedelt, wo ihre fossilen Schalen zu Klimarekonstruktionen der Erdgeschichte, sowie zur Altersbestimmung von Sedimentgestein dienen, sagt Prof. Michal Kucera, Lehrstuhlinhaber am Geologischen Institut der Universität Tübingen. Wenige Biologen beschäftigen sich mit den lebenden Vertretern dieser Einzeller: Einer dieser Exoten ist Dr. Petra Heinz, die an Hand von Experimenten die Biologie benthischer Arten in Tübingen erforscht.
oben: Bunter Mix aus Foraminiferen, welche auf Sediment oder Kalksubstrat zu finden sind, darunter Alveloniella sp. (lang und oval), Peneropolis sp. (pink und klein), Operculina ammonides, Heterostegina depressa, Calcarina sp. (Sternchen) unten: Juvenile Großforaminiferen (Marginopora vertebralis) auf einem Korallenstück
Partnerbeziehung im Riff Genau wie Korallen nutzen Großforams symbiotische Algen für die Gewinnung von Energie. Diese Partnerbeziehungen zwischen Tier und Kalk umformen und abscheiden. So Pflanze haben sich im Laufe der wachsen die Riffe. Evolution herausgebildet, weil sie gegenüber dem Alleinkampf Vorteile Unter Hitzestress passiert nun Folgendes: Die Photosynthese, welche das Sonnenlicht in energiereichen Verbin„Ist das harmonische Zusammenspiel von Tier und dungen fixiert, kann nicht mehr effekPflanze einmal geschädigt, sterben Korallenriffe.” tiv stattfinden. Dies kann man mit der Technik der PAM-Flurometrie messe eine Zelle kann einen oder mehrere mit sich brachten. Ihr Erfolgsrezept sen. Mit Hilfe von zwei unterschiedKerne besitzen und ist genau wie die beruht auf der Basis des Teilens: lich starken Lichtstrahlen, die auf den Zellen der Menschen mit verschiede- Der Algen-Partner produziert durch Einzeller treffen, lässt sich errechnen, nen Zellorganellen ausgestattet, wel- das Sonnenlicht Energie in Form von wie viel aufgenommenes Licht für die che Teilaufgaben besitzen. An Hand Kohlenhydraten und erhält im Ge- Photosynthese genutzt wird und abihrer Verbreitung unterscheidet man genzug im Inneren des Wirts mehr schätzen, wie effektiv diese stattfinbenthische Forams, die im oder auf Nährstoffe, etwa Nitrat und Ammoni- det. Dr. Sven Uthicke, Meeresbiologe dem Sediment leben, von plankti- um, als freilebende Algen im offenen am Australian Institute of Marine Scischen, die im offenen Meerwasser Ozean. Der Tier-Partner erhält bei ence (AIMS), Townsville, nutzte dieleben. Die Foram-Forschung sei tra- einem gesunden Kreislauf Energie se Technik erstmals an Forams: „Das ditionell in der Mikropaläontologie vom Algenpartner und kann diese in Besondere an PAM-Flurometrie ist, dass man die Gesundheit der Algen im Einzeller messen kann, ohne diese zu Hitzestress in Heterostegina depressa. Links: mit allen Symbionten. Rechts: Nach 3-6 schädigen oder gar zu töten, sozusaTagen bei 32°C beginnen die Organismen ihre Symbionten auszustoßen. gen ,online’ am lebenden Objekt.“ Ob die Foram die Alge unter Hitzestress nicht mehr braucht oder umgekehrt, ist noch nicht genau geklärt. Fakt ist: Die Partnerbeziehung bricht auseinander. Die Foram bleicht, das heißt, sie verliert ihre Algen und man sieht anstelle der gesunden braunen Farbe das bleiche Kalkskelett. Die Ergebnisse der Labor- und Aquarienexperimente zeigten: Erhöhte Temperaturen ab 31°C können nach wenigen Tagen die Effektivität der Photosynthese im
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von Christiane Schmidt spüren. 1998 und 2002 gab es große der Hitze leiden. Doch ob ForaminifeKorallenbleichen, die sich über weite ren, ähnlich wie Korallen, unter dem as große Barriereriff erstreckt Teile des Barriereriffs erstreckten. In vorhergesagten Temperaturanstieg sich über mehr als 2000 Kilome- den betroffenen Riffen konnte die Sym- von 2-3 Grad Celsius leiden werden, ter an der Ostküste Australiens und biose zwischen Tier und Alge der Hitze ist bisher kaum Bestandteil von Unist neben dem südamerikanischen nicht standhalten. Als Folge verloren tersuchungen gewesen und wurde so Regenwald eine der artenreichsten die Korallenkolonien massenhaft ihre Hauptziel des Projekts. Dass Forams Lebensgemeinschaften. Farbenfrohe, Algen, bleichten aus und starben. Die unter Stress ihre Farbe verlieren und Kalk bildende Steinkorallen, Algen ansteigenden Meerwassertemperatu- zum Teil gesprenkelt aussehen, ist und Foraminiferen (kurz: Forams) ren im großen Barriereriff - 0,7 Grad schon seit Anfang der 90er Jahre bebilden das Rückrad des Riffs, auf wel- Celsius bereits im letzten Jahrhundert kannt. Bisher wurde allerdings angechem in mehreren Stockwerken, wie - machen vielen Meeresbewohnern nommen, dass hier, im Gegensatz zur in einem Mehrfamilienhaus, Muscheln zu schaffen. Man weiß bereits, dass Temperatur bei Korallen, das UV-Licht und Schwämme sitzen, sowie Kreb- neben Korallen auch schon Muscheln, der Hauptfaktor für den folgenreichen se und Fischschwärme ein und aus Seeanemonen und Schwämme unter Stress ist. gehen. Die Symbiose, eine Lebensgemeinschaft zwischen zwei Arten, von Ein gesundes Riff besteht aus mehreren der beide profitieren, nimmt im KoStockwerken farbenprächtiger Korallen und rallenriff eine wichtige Stellung ein. vielen Fischen. Es braucht klares Wasser damit der Energielieferant Licht überall anEin sehr bekanntes Beispiel hierfür kommt. ist Nemo, der kleine Fisch aus dem gleichnamigen Film mit lateinischem Namen Amphiprion, der zur Familie der Anemonenfische gehört. Er lebt in unmittelbarer Nähe einer Anemone, mit welcher er in Symbiose lebt. Beide schützen sich gegenseitig vor ungewollten Besuchern oder Fressfeinden. Den jährlich millionenfachen Besuchern, die das große Barriereriff beim Schnorcheln oder Tauchen erleNicht nur der Anemonenfisch ist auf eine ben, erscheint oft noch alles in bester intakte Partnerschaftsbeziehung (SymbioOrdnung. Wenn man allerdings genau se) angewiesen, auch Korallen und Forams hinschaut, dann ist das Paradies schon brauchen ihre Partner. lange keines mehr. Die Folgen des Klimawandels sind schon deutlich zu
Welche Stellung haben Forams im Riff? Forams sind Gehäuse tragende Einzeller, welche es bereits seit 560 Millionen Jahren auf unserem Planeten gibt, das heißt 3500 mal so lange wie den modernen Menschen. Schon die alten Ägypter verwendeten beim Bau der Pyramiden Steine, die voll von versteinerten Großforams waren. Diese Steine nennt man Nummulitenkalk oder wegen ihrer Form auch Münzsteine.
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Einzeller herabsetzten. Die Kalzifizierung und Beweglichkeit der Organismen sind ebenfalls geschwächt. Durch Messungen der Oberfläche wurde die Wachstumsrate mit digitaler Photographie vor und nach einem 4-wöchigen Aquarienexperiment untersucht. In den Experimenten wurde deutlich, dass Forams ähnlich unter Hitzestress leiden, wie Korallen. Korallen besitzen als Symbiosepartner ausschließlich
und Korallen ähnliche Trends bezüglich der Hitzetoleranz. Bei Korallen weiß man bereits, dass manche Typen von Symbodinium hitzetoleranter sind als andere und Korallen mit diesen Partnern weniger schnell bleichen. Die Fähigkeit der Arten, sich an Umweltveränderungen anzupassen, wird als Resilience (Robustheit) beschrieben. Aber ob die Zeit da sein wird, den Partner unter Streß zu wechseln oder sich anzupassen? Das Wasser im Großen
„Licht, Nährstoffarmut und eine Wasserchemie, die Kalkbildung ermöglicht, sind Voraussetzungen für ein gesundes Riff.“
Dinoflagellate der Gattung Symbodinium. Forams hingegen können unterschiedliche Algenpartner haben, zum Beispiel Diatomeen, Dinoflagellaten oder Rot- und Grünalgen. Diese Symbionten lassen sich isolieren und im Labor aufziehen, sodass eine genaue Aussage möglich ist, mit welchen Arten man es zu tun hat. Trotz dieser Unterschiede zeigten Forams mit Diatomeen
Barriereriff wird 2100 nach den aktuellen IPCC Modellen 1-3 Grad Celsius wärmer sein als heute. Die Fähigkeit zwischen Symbiontentypen zu wechseln, wäre somit eine Schlüsselqualifikation für Korallen. Generell gibt es keine gesunden Korallen ohne Symbionten. Großforams sind auch auf Symbionten
angewiesen, durch welche sie einen Vorteil im nährstoffarmen Riff besitzen. Die Art Heterostegina depressa ist ein gutes Beispiel, wie sich Forams über Jahrmillionen an das Leben im Riff angepaßt haben: Die große Oberfläche dient dazu, eine maximale Menge an Licht aufzunehmen. Das ist ähnlich wie bei Blättern, die im Schatten eine größere Oberfläche haben, damit sie mehr Leistung erzielen können. Hingegen leben einige Foram-Arten generell ohne Symbionten und scheinen diese auch nicht zu brauchen. Forams im Sediment haben ganz andere Vorlieben und deshalb auch andere Erscheinungsformen wie Heterostegina. Sie sehen aus wie kleine Stäbchen, Zöpfe oder Tropfen und ernähren sich von Algen im und auf dem Sediment, statt mit ihnen eine Partnerschaft einzugehen. Die unterschiedlichen Ansprüche von Forams mit und ohne Symbionten sind auch der Grund, wieso sie als Anzeiger für Wasserqualität genutzt werden können. Der FORAM Index beschreibt die Zusammensetzung
Werden die nächsten Generationen die Riffe so erleben?
der Lebensgemeinschaften auf dem Sediment: Arten mit Symbionten kommen hauptsächlich in den nährstoffarmen Riffen vor, die ein paar Stunden Bootsfahrt von der Küste entfernt liegen. Forams reagieren schneller auf Umweltveränderungen als Steinkorallen, da sie sich häufiger fortpflanzen und kürzer leben. Auch ihre große Anzahl, weite Verbreitung und Anpassung an viele Lebensräume macht sie zu guten Biomonitoren, sogenannten Anzeigern für die Gesundheit der Riffe.
Korallengattung Porites sp. im Vergleich zu 1990 bereits um 14% abgenommen hat. Diese massiven Korallen bilden Wachstumsringe aus, so dass die Forscher die Kalkbildung aus Ringen der letzten 400 Jahre ablesen können. Dies ist vergleichbar mit dem Lesen von Jahresringen eines Baumes, wobei dessen Alter und Wachstumsrate ermittelt werden können. Mit solchen Methoden gelingt es Forschern, in das Klimaarchiv der Natur zu blicken. Zukunft im Riff? Werden die farbenprächtigen Korallen bleichen und einem schleimigen Algenteppich weichen? Kann man noch verhindern, was bereits prophezeit wird? Das lokale marine Management kann versuchen, die Faktoren, welche zusätzlich die Auswirkungen des Klimawandels verschärfen, positiv zu beeinflussen. Das Monitoring der Wasserqualität nimmt eine wichtige Stellung ein, um Trends, die auf drastische Veränderungen hinweisen, frühzeitig erkennen zu können. Schlechtes Wasser verschlimmere den Hitzestress, meint Britta Schaffelke, Managerin für marine Wasserqualität am AIMS. Die globalen Effekte des Klimawandels sind auf der einen Seite in den nächsten Jahrzehnten nicht mehr aufzuhalten, auf der anderen Seite erfordern sie auf internationaler Ebene um so schnelleres Handeln.
Die Ozeanversauerung spielt durch den ansteigenden CO2 Gehalt der Atmosphäre eine größer werdende Rolle für Kalk bildende, marine Lebewesen, welche ihre Kalkskelette unter diesen Bedingungen nur mit erhöhtem Energieaufwand bilden können. Obwohl die Ozeanversauerung ein sehr langsamer Prozess ist, der die nächsten Jahrhunderte andauern wird, gibt es bereits erste Auswirkungen. In der Zeitschrift ,Science’ veröffentlichten Forscher vom AIMS, dass die Kalkbildung der
Sie haben nicht nur touristischen Wert. Korallenriffe dienen einer halben Milliarde Menschen als Einnahmequelle. Fasst man alle Ökosystemdienstleistungen der Korallenriffe weltweit zusammen, dann ergibt das einen Wert von 170 Milliarden US Dollar jährlich. Die Folgen des Klimawandels auf Korallen, Forams und andere Meeresbewohner werden weitreichende Folgen für den globalen Kohlenstoffkreislauf haben. Kosten, die durch diese Schäden entstehen, wird die Allgemeinheit tragen müssen. Ob der Mensch diese Zahlen nun glaubt und entsprechend handelt oder nicht, Fakt ist: Nur die Natur gibt es schon länger als den Menschen. Wir sehen im Laufe der Evolution Arten entstehen und vergehen. Dabei vergessen wir manchmal, dass der Mensch auch nur Teil dieses Prozesses ist. •
Christiane Schmidt studiert seit 2003 Geoökologie/Ökosystemmanagement in Tübingen. Während eines Auslandsjahres 2006/07 an der Tufts University, Boston, ergänzte sie ihr Studium durch Kurse im Bereich Umweltpolitik und Wassermanagement. Für ihre Diplomarbeit hatte sie die Möglichkeit, im Rahmen einer Kooperation zwischen der Mikropaläontologie in Tübingen, dem Australian Institute of Marine Science (AIMS), Townsville, und City University, New York, eigenständig Experimente durchzuführen. Sie arbeitet momentan an einer Veröffentlichung. Neben der Forschung interessiert sie sich für Wissenschaftsjournalismus und -kommunikation sowie für Fotographie.
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Das Riff in Gefahr Nicht nur die Hitze macht dem Großen Barriereriff zu schaffen - zu viele Nährstoffe von Landwirtschaft und Co sind ebenfalls schädlich. Seit der Besiedlung durch die Europäer hat der Eintrag von Nährstoffen an der Küste des australischen Barriereriffs um das Vierfache zugenommen. Dabei ist Australien noch verhältnismäßig dünn besiedelt, im Vergleich zu vielen Küstenstreifen Asiens. Dr. Katharina Fabricius, Meeresbiologin am AIMS hat nachgewiesen, dass in nährstoffreicherem Wasser in den küstennahen Riffen die Vielfalt der Korallenarten abnimmt und viermal so viele Algen vorkommen, wie in Riffen weit ab von der Küste. Der Algenteppich reduziert den Platz, in dem sich sonst junge Korallen ansiedeln würden und raubt so den Korallen die Lebensgrundlage. An Hand ihrer Ergebnisse sieht man, dass Überall auf der Welt sind Menschen die Wasserqualität für die Gesundheit abhängig von der Funktion der Riffe. eines Riffs besonders wichtig ist.
Raster Elektronen Mikroskop (REM), Aufnahme von Diatomeen der Art Nitzschia panduriformis, häufiger Symbiont in der Großforaminifere Heterostegina depressa