Computermodellierung zielt darauf ab, die Wiederherstellung und Erhaltung von Korallenriffen zu informieren

Ein Forschungsteam von UBC Okanagan hat ein Computermodellierungsprogramm entwickelt, das Wissenschaftlern helfen soll, die Auswirkungen von Klimaschäden und eventuelle Wiederherstellungspläne auf Korallenriffe auf der ganzen Welt vorherzusagen.

Dies ist ein wichtiges Ziel, sagt Dr. Bruno Carturan, denn der Klimawandel tötet viele Korallenarten und kann zum Zusammenbruch ganzer Ökosysteme von Korallenriffen führen. Da sie jedoch so komplex sind, ist es logistisch schwierig, die Auswirkungen der Zerstörung und Regeneration von Korallenriffen zu untersuchen.

Experimente in der realen Welt sind unpraktisch, da die Forscher große Riffbereiche zusammen mit Korallenkolonien und Pflanzenfresserpopulationen manipulieren und stören müssten und dann die Veränderungen in Struktur und Vielfalt über viele Jahre überwachen müssten.

„Unnötig zu sagen, dass die Durchführung von Experimenten, die natürliche Korallenriffe stören, unethisch ist und vermieden werden sollte, während die Verwendung großer Aquarien einfach nicht machbar ist“, sagt Dr. Carturan, der kürzlich sein Doktorstudium an der Irving K. Barber Faculty of Science abgeschlossen hat. „Aus diesen Gründen wurden noch nie solche Experimente durchgeführt, was unsere Fähigkeit behindert hat, die Korallenvielfalt und die damit verbundene Widerstandsfähigkeit der Riffe vorherzusagen.“

Für seine neueste Forschung, die kürzlich in veröffentlicht wurde Grenzen in Ökologie und Evolution, verwendete Dr. Carturan Modelle, um 245 Korallengemeinschaften zu schaffen, jede mit einem einzigartigen Satz von neun Arten und jede besetzt eine Fläche von 25 Quadratmetern. Das Modell stellt Korallenkolonien und verschiedene Algenarten dar, die gemeinsam wachsen, konkurrieren und sich vermehren und gleichzeitig vom Klima beeinflusst werden.

Entscheidend ist, dass alle Schlüsselkomponenten des Modells, einschließlich der Merkmale der Arten wie Wettbewerbsfähigkeit und Wachstumsraten, durch bereits vorhandene Daten aus der realen Welt von 800 Arten informiert werden.

Das Forschungsteam simulierte verschiedene Szenarien – einschließlich starker Wellen, eines Zyklons oder intensiver Hitze – und maß dann die Widerstandsfähigkeit jedes Modellriffs, wobei Schäden, Erholungszeiten und die Qualität des Lebensraums 10 Jahre nach der Störung berücksichtigt wurden.

Durch die Durchführung so vieler Szenarien mit Computermodellierung stellte das Team fest, dass vielfältigere Gemeinschaften – solche mit Arten mit sehr unterschiedlichen Merkmalen – am widerstandsfähigsten waren. Sie erholten sich besser von Schäden und hatten 10 Jahre nach den Störungen eine bessere Lebensraumqualität.

„Vielfaltigere Gemeinschaften haben mit größerer Wahrscheinlichkeit bestimmte Arten, die für die Widerstandsfähigkeit sehr wichtig sind“, erklärt Dr. Carturan. „Diese Arten haben besondere Merkmale – sie sind morphologisch komplex, konkurrenzfähig und haben eine gute Erholungsfähigkeit. Wenn diese Arten in einer Gemeinschaft vorhanden sind, haben sie die Qualität des Lebensraums nach der Störung aufrechterhalten oder sogar verbessert. Im Gegensatz dazu waren es Gemeinschaften ohne diese Arten oft am Ende dominiert von schädlichen Algen.“

Korallenvielfalt bestimmt die Stärke und zukünftige Gesundheit von Korallenriffen, fügt er hinzu. Korallenarten sind die Grundlage der Korallenriffökosysteme, da ihre Kolonien den physischen Lebensraum bilden, in dem Tausende von Fischen und Krebstieren leben. Darunter Pflanzenfresser wie Papageifische und Doktorfische, die den Lebensraum der Korallen erhalten, indem sie die Algen fressen. Ohne Pflanzenfresser würden die Algen viele Korallenkolonien töten, was dazu führen würde, dass der Korallenlebensraum zusammenbricht und seine vielen Populationen zerstört werden.

„Das Einzigartige an unserer Studie ist, dass unsere Ergebnisse für die meisten Korallengemeinschaften der Welt gelten. Durch die Messung der Auswirkung der Diversität auf die Widerstandsfähigkeit in mehr als 245 verschiedenen Korallengemeinschaften überschneidet sich die Diversitätsspanne wahrscheinlich mit der tatsächlichen Korallenvielfalt, die in den meisten Riffen zu finden ist .“

Gleichzeitig bietet die Studie einen Rahmen für die erfolgreiche Bewirtschaftung dieser Ökosysteme und hilft bei der Wiederherstellung von Korallenriffen, indem sie aufzeigt, wie die Widerstandsfähigkeit von Korallengemeinschaften durch die Gründung von Kolonien von Arten mit komplementären Merkmalen gehandhabt werden kann.

Mit Blick auf die Zukunft gibt es weitere Fragen, die das Modell beantworten kann. So sind die für die Widerstandsfähigkeit wichtigen Korallenarten auch am stärksten vom Klimawandel betroffen und können sich möglicherweise nicht erholen, wenn starke klimatische Hitzewellen zu häufig werden.

„Es ist eine sehr reale und traurige Schlussfolgerung, dass wir diese wichtigen Arten eines Tages verlieren könnten“, sagt Dr. Carturan. „Unser Modell könnte verwendet werden, um zu experimentieren und vielleicht festzustellen, ob der Verlust dieser Arten durch andere, widerstandsfähigere Arten kompensiert werden kann, die den eventuellen Zusammenbruch der Riffe verhindern würden.“