Klimawandel: Entkoppelte Stressreaktion macht Oktokorallen robuster

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Korallenriffe gehören zu den artenreichsten Ökosystemen der Erde. Oktokorallen, zu denen etwa Weichkorallen, Gorgonien und Seefedern gehören, sind wichtige Mitglieder dieser marinen Lebensgemeinschaften – und könnten zukünftig den riffbildenden Steinkorallen sogar den Rang ablaufen, da sie mit Hitzestress und zunehmender Versauerung der Meere besser umgehen können und daher unempfindlicher gegenüber den Folgen des weltweiten Klimawandels sind. LMU-Wissenschaftler um Dr. Sergio Vargas vom Department für Geo- und Umweltwissenschaften konnten nun die molekularen Mechanismen dieser Widerstandsfähigkeit identifizieren. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnten ihre Ergebnisse dazu beitragen, die Zukunft der Korallenriffe angesichts des weltweiten Klimawandels besser vorherzusagen.

Beobachtungen haben gezeigt, dass Oktokorallen unter extremen Bedingungen – etwa nach anormal starken El-Niño-Phänomenen oder in durch vulkanische Aktivitäten versauerten Gewässern – häufiger werden und Riffe dominieren können. Anders als Steinkorallen besitzen die meisten Oktokorallen kein festes Kalkskelett, stattdessen nutzen sie kleine Kalknadeln, sogenannte Sklerite, als stabilisierende Elemente. „Wir haben die Hypothese untersucht, dass die Resilienz von Oktokorallen gegenüber dem Klimawandel mit ihrer Fähigkeit zusammenhängt, die Kalkbildung unter schwierigen Bedingungen aufrechtzuerhalten“, sagt Vargas. „Dazu haben wir die Skelettproteine der im Indopazifik weit verbreiteten Gorgonie Pinnigorgia flava charakterisiert und mithilfe von Laborexperimenten und Analysen der Genaktivität untersucht, wie sich Hitze und pH-Stress, also eine Versauerung des Meerwassers, auswirken“.

Umweltstress beeinflusst Kalzifizierung nur wenig

Dabei zeigte sich, dass Umweltstress auf die Kalzifizierungsmaschinerie von P. flava nur geringe Auswirkungen hat. Hitze löste zwar eine Stressreaktion aus, diese hatte aber keinen Einfluss auf die Aktivität von Genen, die an der Skleritbildung beteiligt sind. Die Produktion aller Moleküle, die für die Bildung neuer Sklerite notwendig sind, kann also aufrechterhalten werden. Bei Steinkorallen ist das anders: Als Teil ihrer Stressreaktion regulieren diese Korallen die Aktivität von Genen herunter, die an der Kalkskelettbildung beteiligt sind – die Stressreaktion geht also zu Lasten der Kalzifizierungsmaschinerie.

„Unter langfristig ungünstigen Bedingungen könnte die Entkopplung von Stressreaktion und Skleritbildung den Oktokorallen einen Wettbewerbsvorteil gegenüber anderen Arten, wie Steinkorallen, verschaffen und zu den an vielen Riffstandorten beobachteten Verschiebungen in den Gemeinschaften führen“, erklärt Vargas. „Das Verständnis der Vielfalt der molekularen Mechanismen, die an der Widerstandsfähigkeit und ihrer Regulierung in verschiedenen Rifforganismen beteiligt sind, ist daher von zentraler Bedeutung für die Vorhersage der Zukunft der Korallenriffe.“

Sergio Vargas, Thorsten Zimmer, Nicola Conci, Martin Lehmann, Gert Wörheide: Transcriptional response of the calcification and stress response toolkits in an octocoral under heat and pH stress. Molecular Ecology 2021