Warum Korallen bleichen

Steigende Meerestemperaturen lassen Korallenriffe auf der ganzen Welt ausbleichen. Ein Forschungsteam an der Forschungs-Neutronenquelle Heinz Maier-Leibnitz (FRM II) der Technischen Universität München (TUM) hat erstmals die biologischen Prozesse hinter der Korallenbleiche direkt in lebenden Korallen untersucht. Mithilfe von Neutronen gelang es ihnen, strukturelle Veränderungen während des Bleichprozesses sichtbar zu machen.

Korallenbleiche 16zu9 Aufgrund von Hitzestress verlieren Korallen ihre symbiotischen Algen und bleichen aus. Diesen Prozess haben Forschende mit Neutronen am FRM II untersucht. © generiert mit KI, Gemini, bearbeitet von Reiner Müller, FRM II / TUM

Aufgrund von Hitzestress verlieren Korallen ihre symbiotischen Algen und bleichen aus. Diesen Prozess haben Forschende mit Neutronen am FRM II untersucht. © generiert mit KI, Gemini, bearbeitet von Reiner Müller, FRM II / TUM

Ein Ökosystem am Limit

Korallenriffe sind wichtige marine Ökosysteme, die unzähligen Arten Lebensraum, Nahrung und Schutz bieten. Viele Korallenarten leben in enger Symbiose mit Algen, die Photosynthese betreiben. Die Algen liefern Nährstoffe, die Korallen bieten im Gegenzug Schutz und Kohlenstoffdioxid. Diese Symbiose ist jedoch äußerst empfindlich gegenüber steigenden Meerestemperaturen.

Die Photosynthese findet in speziellen Membranen der Algen statt, den sogenannten Thylakoidmembranen. Steigen die Meerestemperaturen, gerät dieses System aus dem Gleichgewicht, da die überschüssige Energie nicht mehr ausreichend verarbeitet werden kann. In der Folge stoßen die Korallen die Algen ab – sie verlieren damit sowohl ihre Farbe als auch ihre wichtigste Energiequelle: Die Korallen bleichen aus. Kurzfristige Bleichereignisse können sie überstehen, doch bei einem anhaltenden Verlust der Algen sterben die Korallen.

20210618 BL 8486 kl Dr. Christopher Garvey ist Instrumentwissenschaftler am FRM II und untersuchte die biologischen Prozesse der Korallenbleiche mit Neutronen. © Bernhard Ludewig; FRM II / TUM

Dr. Christopher Garvey ist Instrumentwissenschaftler am FRM II und untersuchte die biologischen Prozesse der Korallenbleiche mit Neutronen. © Bernhard Ludewig; FRM II / TUM

Mit Neutronen in lebende Korallen blicken

Bisherige Untersuchungsmethoden erfordern oft eine aufwendige Probenvorbereitung, welche die Zellen beschädigen oder töten kann. Die Forschenden setzten deshalb auf die Kleinwinkelneutronenstreuung, die die Algen zerstörungsfrei und deren Struktur erstmalig im lebendigen Wirt untersuchen kann. „Neutronen ermöglichen es uns, die Membranen direkt während der aktiven Photosynthese zu beobachten“, erklärt Dr. Christopher Garvey, ein Autor der Studie und Instrumentenwissenschaftler am FRM II.

Die Untersuchungen an der Kleinwinkelstreuanlage KWS-2 des Forschungszentrum Jülich am FRM II in Garching ergaben, dass die Veränderungen im Abstand der Algenmembranen wichtige Hinweise für ihren physiologischen Stress liefern. „Dies unterstreicht zum einen die Güte der Neutronenstreuung für Untersuchungen an lebenden Zellen und kann zum anderen einen wichtigen Beitrag zum Schutz der Korallenriffe in einem wandelnden Klima bieten“, sagt Dr. Christopher Garvey.