Forscher erstellen den allerersten „Stammbaum“ für im Aquarium gezüchtete Korallen

Korallen, die in öffentlichen Aquarien gezüchtet werden, bieten neuartige Forschungsmöglichkeiten und einen gesunden Bestand für die Auspflanzung in die Wildnis, wesentliche Komponenten einer blühenden Zukunft für Korallenriff-Ökosysteme, die etwa 25 % des gesamten Lebens in den Ozeanen der Erde beherbergen. Aber der langfristige Erfolg solcher Bemühungen hängt zum Teil von der Aufrechterhaltung der genetischen Vielfalt in Aquarien gezüchteten Korallen ab, was zu einer erhöhten Widerstandsfähigkeit gegenüber Bedrohungen wie Ozeanerwärmung und Versauerung führt.

In einer heute veröffentlichten Studie in Grenzen in der Meereswissenschafterstellt ein vielfältiges Team von Steinhart Aquarium-Biologen und Forschern des Coral Laichlabors der California Academy of Sciences den allerersten Stammbaum oder „Stammbaum“ für Korallen, die in einem Aquarium gezüchtet werden, und stellt eine Liste bewährter Verfahren zur Erhaltung der genetischen Vielfalt bereit in im Aquarium gezüchteten Korallen.

„Die genetische Vielfalt ermöglicht es den Arten, sich an die unzähligen Bedrohungen durch den Klimawandel anzupassen“, sagt Akademie-Kuratorin Rebecca Albright, Ph.D., die das Coral Spawning Lab gründete, eine von nur einer Handvoll Einrichtungen auf der Erde, die erfolgreich züchten können Korallen. Albrights Arbeit ist ein integraler Bestandteil der „Hope for Reefs“-Initiative der Akademie, die darauf abzielt, den Rückgang der Korallenriffe in dieser Generation aufzuhalten.

„Für Einrichtungen wie die unsere im Coral Laichlabor ermöglicht es uns die Sicherstellung, dass jede Korallengeneration vielfältig ist, robustere Experimente durchzuführen, was ein entscheidendes Element für ein besseres Verständnis dafür ist, wie Korallen auf unserem sich verändernden Planeten gedeihen können. Für Organisationen, die Auspflanzungen durchführen, erhöht genetische Vielfalt führt zu einer größeren Überlebenschance in freier Wildbahn.“

Für die Studie führten die Forscher genetische Analysen an den Eltern und Nachkommen von zwei Generationen von Acropora hyacinthus-Korallen durch, die 2019 und 2020 im Coral Laichlabor gelaicht wurden. Anhand der Ähnlichkeiten zwischen der DNA der Korallen konnten die Forscher dies feststellen Beziehungen zwischen Individuen, wie Elternschaft oder Geschwisterschaft.

„Korallen sind Broadcast-Laicher, was bedeutet, dass mehrere Kolonien ihre Spermien und Eier gleichzeitig ins Wasser abgeben und es keine Möglichkeit gibt, sofort zu sagen, welche Koralle welchen Nachwuchs hat“, sagt die Korallenforscherin und Studienautorin Elora López-Nandam, Ph.D.

„Überraschenderweise haben wir festgestellt, dass nur zwei der vier Kolonien, die 2019 gelaicht wurden, 22 der 23 Nachkommen hervorgebracht haben, die bis zu ihrem 2. Geburtstag überlebt haben Antworten darauf könnten uns helfen, die Korallenreproduktion im weiteren Sinne besser zu verstehen.“

„Während erfolgreiche Korallenlaichereignisse ein Beweis dafür sind, wie genau wir die natürlichen ozeanischen Bedingungen nachahmen konnten, gibt es in Aquarienumgebungen unweigerlich Umweltbelastungen, die sich von denen in freier Wildbahn unterscheiden und möglicherweise bestimmte Merkmale in jeder Korallengeneration auswählen “, sagt López-Nandam.

Daher durchsuchten die Forscher zusätzlich zur Verwandtschaft auch alle 450 Millionen DNA-Basenpaare – wenn das Genom eines Organismus ein Buch ist, dann sind Basenpaare die einzelnen Buchstaben – von jeder der Korallenproben, um genetische Unterschiede zwischen aufeinanderfolgenden Generationen zu finden.

Insbesondere fanden die Forscher 887 Punkte in dem 450 Millionen Buchstaben langen Code, die bei im Aquarium gezüchteten Korallen anders zu sein scheinen als bei denen, die in der Wildnis geboren wurden.

„Viele der Unterschiede, die wir fanden, waren in Genwegen im Zusammenhang mit der Symbiose mit photosynthetischen Algen, wodurch viele Korallen den größten Teil ihrer Energie erhalten“, sagt López-Nandam.

„Wir hoffen, zukünftige Forschungen im Coral Laichlabor durchführen zu können, um festzustellen, was genau diese Unterschiede aus einer Aquarienumgebung antreibt und wie sich diese genetischen Variationen auf die allgemeine Fitness oder Gesundheit von im Aquarium gezüchteten Korallen auswirken.“

So wie es ein Dorf braucht, um ein Kind aufzuziehen, stellen die Autoren der Studie fest, dass es eines einzigartigen Kaders von Experten bedarf, um Korallen für eine solche Studie zu züchten: von Couscous-großen Gametenbündeln über Aspirin-große Polypen bis hin zu Grapefruit-großen laichenden Erwachsenen.

„Diese Art der Zusammenarbeit zwischen Aquarienbiologen und wissenschaftlichen Forschern ist selten“, sagt Steinhart Aquarium-Biologin und Studienautorin Lisa Larkin.

„Es gibt nur sehr wenige Orte auf der Welt, an denen all diese Experten im selben Gebäude untergebracht sind und gemeinsam auf ein gemeinsames Ziel hinarbeiten. Die Akademie ist insofern einzigartig, als wir diese Art der Forschung vorantreiben und gleichzeitig einen großen Einfluss auf Korallen haben können Erhaltung.“

Larkin und ihre Kollegen im Steinhart Aquarium verbringen Monate damit, die Wasserqualität zu überwachen und die Entwicklung der Korallen zu verfolgen, um sicherzustellen, dass sie gesund genug sind, um jedes Jahr zu laichen.

„Korallen können ziemlich pingelig sein. Sie brauchen viel Energie, um sich zu reproduzieren, und wenn sie gestresst sind, stecken sie diese Energie woanders hin“, sagt Larkin. „Es braucht Monate detaillierter Aufmerksamkeit, um sie an den Punkt zu bringen, an dem sie bereit und in der Lage sind zu laichen.

Aber, fügt Larkin hinzu, das Endergebnis rechtfertigt den Aufwand mehr als. „Man kümmert sich ein ganzes Jahr um eine Koralle, und wenn sie schließlich laichen, weiß man, dass man großartige Arbeit geleistet hat. Und da jeder Spawn zu neuen Forschungsmöglichkeiten wie dieser führt, die für den Korallenschutz anwendbar sind, ist die Auszahlung gut es ist es wert.“