Korallenriffe sind einige davon älteste und vielfältigste Ökosysteme auf der Erde und gehört zu den wertvollsten. Sie pflegen 25 % aller Meereslebewesen, Küsten vor Stürmen schützen und hinzufügen Milliarden Dollar jährlich Durch ihren Einfluss auf die Fischerei, neue Arzneimittel, den Tourismus und die Freizeitgestaltung tragen sie zur Weltwirtschaft bei.
Heutzutage verschlechtern sich die Korallenriffe weltweit beispiellose Preise aufgrund von Umweltverschmutzung, Überfischung usw zerstörerische Forstwirtschaft Und Bergbaupraktiken auf dem Land. Der durch menschliche Aktivitäten verursachte Klimawandel ist Erwärmung und Versauerung des OzeansDies führt zu einer Riffkrise, die zum Aussterben der meisten Korallen führen könnte innerhalb weniger Generationen.
Ich bin ein Meeresbiologe im Smithsonian Nationales Institut für Zoo- und Naturschutzbiologie. 17 Jahre lang habe ich mit Kollegen zusammengearbeitet, um ein globales Wissenschaftsprogramm namens „ Initiative zur Riffwiederherstellung das darauf abzielt, durch die Nutzung von Korallenriffen zu helfen, Korallenriffe zu retten Wissenschaft der Kryokonservierung.
Bei diesem neuartigen Ansatz werden Korallenspermien und -larven gelagert und gekühlt Keimzellenbei sehr niedrigen Temperaturen und halten sie fest Biorepositorien der Regierung.
Diese Depots sind eine wichtige Absicherung gegen das Aussterben der Korallen. Wenn sie effektiv verwaltet werden, können sie dazu beitragen, Bedrohungen für die Riffe der Erde auf globaler Ebene zu bekämpfen. Diese eingefrorenen Vermögenswerte können heute, in 10 oder sogar 100 Jahren genutzt werden, um zur Neubesiedelung der Ozeane und zur Wiederherstellung lebender Riffe beizutragen.
Sicher und lebendig eingefroren
Smithsonian-Wissenschaftler verwenden kryokonserviertes Korallensperma, um die genetische Vielfalt von Elchgeweihkorallen zu erhöhen.
Kryokonservierung ist ein Verfahren zum Einfrieren biologischen Materials unter Beibehaltung seiner Lebensfähigkeit. Dabei werden zuckerähnliche Substanzen, sogenannte Kryoschutzmittel, in die Zellen eingebracht, um die Bildung tödlichen Eises während der Gefrierphase zu verhindern. Bei richtiger Durchführung bleiben die Zellen in flüssigem Stickstoff viele Jahre lang unverändert gefroren und lebendig.
Viele Organismen überleben kalte Winter in der Natur, indem sie auf natürliche Weise kryokonserviert werden, wenn die Temperaturen in ihren Lebensräumen unter den Gefrierpunkt fallen. Zwei Beispiele, die in Nordamerika häufig vorkommen, sind Bärtierchen – mikroskopisch kleine Tiere, die in Moosen und Flechten leben-Und Waldfrösche.
Heutzutage stützen sich Techniken zur Kryokonservierung von Korallen weitgehend auf Einfrieren von Sperma und Larven. Seit 2007 habe ich viele Kollegen in der Kryokonservierung von Korallen geschult und mit ihnen zusammengearbeitet, um Korallensperma erfolgreich zu konservieren. Heute haben wir Sperma von über 50 Korallenarten weltweit in Biorepositorien konserviert.
Wir haben dieses kryokonservierte Sperma verwendet, um in der ganzen Karibik neue Korallen zu produzieren, und zwar mithilfe eines selektiven Züchtungsprozesses namens „ unterstützter Genfluss. Das Ziel bestand darin, kryokonserviertes Sperma zu verwenden und Korallen zu kreuzen, die sich nicht unbedingt begegnet wären – eine Art Partnervermittlung über große Entfernungen.
Die genetische Vielfalt wird dadurch aufrechterhalten, dass so viele verschiedene Eltern wie möglich kombiniert werden, um neue sexuell gezeugte Nachkommen hervorzubringen. Da Korallen mit dem Meeresboden zementiert sind, können bei einem Rückgang der Populationszahlen in ihrem Gebiet neue Individuen durch Kryokonservierung eingeführt werden. Die Hoffnung besteht darin, dass diese neuen genetischen Kombinationen eine Anpassung erfahren könnten, die Korallen dabei helfen wird, Veränderungen in künftigen sich erwärmenden Ozeanen zu überleben.
Diese unterstützten Genflussstudien brachten 600 neue genetisch sortierte Individuen der bedrohten Elchgeweihkoralle Acropora palmata hervor. Anfang 2024 gibt es in der Population Floridas nur noch etwa 150 Elchgeweih-Individuen in freier Wildbahn. Wenn diese selektiv gezüchteten, in Gefangenschaft gehaltenen Korallen die Chance dazu hätten, könnten sie den Genpool wilder Elchhörner erheblich vergrößern.
Der Erhalt von Spermien und Larven ist eine wichtige Absicherung gegen den Verlust der Artenvielfalt und das Artensterben. Aber wir können dieses Material nur währenddessen sammeln flüchtige Laichereignisse wenn Korallen Eier und Sperma ins Wasser abgeben.
Diese Episoden treten nur an wenigen Tagen im Jahr auf – ein kleines Zeitfenster, das Forscher und Naturschützer vor logistische Herausforderungen stellt und die Geschwindigkeit einschränkt, mit der wir Korallenarten erfolgreich in Kryobanken einlagern können.
Erschwerend kommt hinzu, dass die Erwärmung der Ozeane und immer häufiger auftretende Hitzewellen im Meer zu biologischem Stress für Korallen führen können. Dies kann dazu führen, dass ihr Fortpflanzungsmaterial zu schwach ist, um den Strapazen der Kryokonservierung und des Auftauens standzuhalten.
Die Rettung ausweiten
Um Korallenmaterial schneller zu sammeln, entwickeln wir ein Verfahren zur Kryokonservierung ganzer Korallenfragmente isochore Vitrifikation. Diese Technik befindet sich noch in der Entwicklung. Bei vollem Erfolg werden jedoch ganze Korallenfragmente konserviert, ohne dass sich in ihrem Gewebe Eis bildet. So entstehen nach dem Auftauen lebensfähige Fragmente, die gedeihen und wieder auf dem Riff platziert werden können.
Dazu dehydrieren wir das Fragment, indem wir es einem viskosen Kryoschutzmittel-Cocktail aussetzen. Dann legen wir es in einen kleinen Aluminiumzylinder und tauchen den Zylinder in flüssigen Stickstoff, der eine Temperatur hat minus 320 Grad Fahrenheit (minus 196 Grad Celsius).
Dieser Prozess friert den Inhalt des Zylinders so schnell ein, dass das Kryoschutzmittel ein klares Glas bildet, anstatt die Bildung von Eiskristallen zu ermöglichen. Wenn wir die Bruchstücke auftauen wollen, legen wir sie für ein paar Minuten in ein warmes Wasserbad und rehydrieren sie dann in Meerwasser.
Mit dieser Methode können wir das ganze Jahr über Korallenfragmente sammeln und kryokonservieren, da wir nicht auf flüchtige Laichereignisse warten müssen. Dieser Ansatz beschleunigt unsere Naturschutzbemühungen erheblich.
Um so viele Arten wie möglich zu schützen, müssen wir unsere Wissenschaft erweitern und teilen, um mithilfe verschiedener Methoden robustes kryokonserviertes und aufgetautes Korallenmaterial herzustellen. Meine Kollegen und ich möchten, dass die Technologie einfach, schnell und kostengünstig ist, damit jeder Fachmann unseren Prozess nachahmen und uns dabei helfen kann, Korallen auf der ganzen Welt zu schützen.
Wir haben ein videobasiertes Korallen-Kryo-Trainingsprogramm erstellt, das Anweisungen dazu enthält Bau einfacher, 3D-gedruckter Kryo-Gefriergeräteund haben mit Ingenieuren zusammengearbeitet, um neue Methoden zu entwickeln, mit denen nun Hunderte von Korallenlarven eingefroren werden können einfache, preiswerte Metallgewebe. Diese neuen Werkzeuge werden es Laboren auf der ganzen Welt ermöglichen, die Korallensammlung rund um den Globus innerhalb der nächsten fünf Jahre deutlich zu beschleunigen.
Die Zukunft sichern
Aktuelle Klimamodelle gehen davon aus, dass 95 % oder mehr der Korallen der Welt sterben, wenn die Treibhausgasemissionen unvermindert anhalten könnte bis Mitte der 2030er Jahre sterben. Dadurch bleibt kaum Zeit, die Artenvielfalt und genetische Vielfalt der Riffe zu erhalten.
Ohne Korallenriffe würde die Welt eine wertvolle Nahrungsquelle, Küstenschutz, Medikamente und Einkommen verlieren – und einige der einzigartigsten und schönsten Ökosysteme der Welt.
Ein Ansatz, der bereits in Angriff genommen wird, besteht darin, alle Korallenarten in menschliche Obhut zu nehmen. Das Smithsonian ist Teil davon Coral Biobank Allianceeine internationale Zusammenarbeit zum Schutz von Korallen durch das Sammeln lebender Kolonien, Skelette und genetischer Proben und den Einsatz der besten wissenschaftlichen Praktiken, um den Wiederaufbau von Riffen zu unterstützen.
Bis heute befinden sich über 200 Korallenarten, von etwa 1.000 bekannten Hartkorallenarten, und Tausende von Kolonien in menschlicher Obhut in Institutionen auf der ganzen Welt, einschließlich Organisationen, die mit den US-amerikanischen und europäischen Streitkräften verbunden sind Verband der Zoos und Aquarien. Obwohl es sich hierbei um Klone von Kolonien aus der Wildnis handelt, könnten diese Individuen in Korallenzuchtsysteme gebracht werden, die für die spätere Kryokonservierung ihrer genetisch sortierten Larven genutzt werden könnten. Alternativ könnten ihre Larven für Riffsanierungsprojekte verwendet werden.
Bis der Klimawandel verlangsamt und umgekehrt wird, werden sich die Riffe weiter verschlechtern. Um eine bessere Zukunft für Korallenriffe zu gewährleisten, müssen Korallen-Biorepositorien aufgebaut, an Land Baumschulen eingerichtet werden, um Korallenkolonien zu halten und neue Larvensiedler zu entwickeln, sowie neue Kryo-Fachkräfte ausgebildet werden.
Seit Jahrzehnten nutzen Zoos Zucht und Wiedereinführung in Gefangenschaft zum Schutz von Tierarten, deren Bestand auf ein kritisches Niveau gesunken ist. Ebenso glaube ich, dass unsere neuartigen Lösungen Hoffnung schaffen und dazu beitragen können, Korallenriffe zu retten, um unsere Ozeane heute und in der Zukunft neu zu besiedeln.
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