Genetische Forschung identifiziert krankheitsresistente Superkorallen in der Karibik

Als er Zeuge von Krankheitsausbrüchen wurde, die Hirschhornkorallenkolonien in der Karibik fast ausgelöscht haben, fragte sich der nordöstliche Wissenschaftler Steven Vollmer, welche Lehren einige wenige Überlebende für die Zukunft der Korallenriffe ziehen könnten. Wäre es möglich, krankheitsresistente Korallen anhand ihrer genetischen Ausstattung zu identifizieren? Und wenn die widerstandsfähigeren Arten speziell für Unterwasserkorallen-Kinderstuben ausgewählt würden, würde das Ergebnis gesündere Riffsysteme sein?

Vollmers neue Forschung beantwortet die erste Frage mit Ja.

Sein Bericht in der Ausgabe vom 29. September von Wissenschaft identifiziert Dutzende Hirschhorn-Genotypen aus Florida und Panama, die resistent und sehr resistent gegen Krankheiten sind.

Ob sich die Entdeckung in auf Immunität ausgelegten Riffen niederschlägt, bleibt abzuwarten – aber Vollmer hofft, dass dies der Fall sein wird.

So wie es jetzt aussieht, züchten Landwirte, die Korallen in Unterwasser-Gärtnereien anbauen, wie etwa die der Coral Restoration Foundation in Florida, „vielleicht 100 Genotypen, aber sie wissen nicht, welche Korallen die besseren Ergebnisse erzielen. Sie wissen nicht, wer das ist.“ „hoch krankheitsresistent versus hoch anfällig“, sagt Vollmer.

„Mit nur 10 Genvarianten können wir Ihnen mit hoher Genauigkeit sagen, welche krankheitsresistent sind. Das ist die wichtigste Erkenntnis aus der wissenschaftlichen Arbeit.“

Die heimliche Krankheit tötet karibische Korallen

Menschen auf der ganzen Welt kennen und befürchten die steigenden Meerestemperaturen, die zum „thermischen Ausbleichen“ von Korallen und zum Verlust von Riffen im Indischen Ozean, am Great Barrier Reef und im Pazifischen Ozean führen.

„Es ist ein globales Problem“, sagt Vollmer, außerordentlicher Professor für Meeres- und Umweltwissenschaften am Northeastern Marine Science Center in Nahant, Massachusetts.

Doch direkt vor den Augen von Wissenschaftlern und Umweltschützern breitete sich eine heimliche bakterielle Infektion namens White Band Disease in der Karibik aus und hätte zwei ikonische Korallen, die Hirschhornkoralle und verwandte Elchgeweihkorallen, beinahe ausgerottet.

Beide Korallen wachsen in dichten Dickichten und ähneln Geweihen, wobei das Elchgeweih an der Oberseite eine größere Verbreitung hat.

„Sie waren die beiden häufigsten Flachwasserkorallen der Karibik“, sagt Vollmer. „Und die Weißbandkrankheit hat sie ausgelöscht.“

Die Krankheit, die Korallen weiß färbt, wenn sie sich durch die Äste der Korallen bewegt, wurde erstmals 1979 in St. Croix entdeckt, blieb jedoch Anfang der 1980er Jahre weitgehend undokumentiert, sagt Vollmer.

„Die Leute haben die Verluste nicht sehr gut erfasst“, sagt er. „Ende der 80er und 90er Jahre haben wir also wahrscheinlich 95 % der Hirschgeweih- und Elchgeweihkorallen in der Karibik verloren“, sagt Vollmer.

Die Krise führte zu einem Wachstum der Korallenzucht, insbesondere vor der Küste Floridas – wo Korallenzweige auseinandergebrochen werden und die Fragmente auf Rahmen wachsen, die wie Unterwasserbäume aussehen.

„Als Korallengenetiker war ich schockiert, dass die Leute nicht wirklich gefragt hatten, ob die verbliebenen Hirschhornkorallenpopulationen, die noch überlebten, ein hohes Maß an Krankheitsresistenz oder Krankheitsanfälligkeit aufwiesen“, sagt Vollmer.

Florida gegen Panama

Deshalb beschloss er, es mit 50 Genotypen von Hirschgeweihkorallen zu testen, die von der Coral Restoration Foundation in Florida zur Verfügung gestellt wurden, und mit 50 Genotypen von Hirschgeweihkorallen aus Panama, wo er mit dem Smithsonian Tropical Research Institute zusammengearbeitet hat.

Die Recherche gliederte sich in zwei Phasen. Eine davon war die Übertragungsphase, bei der die Korallen bis zu fünf Dosen der Weißbandkrankheit ausgesetzt wurden. Diejenigen, die nach fünf Infektionen noch am Leben waren, wurden als „sehr krankheitsresistent“ eingestuft.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler unter der Leitung von Vollmer die Korallen einer Gesamtgenomsequenzierung unterzogen, um alle genetischen Varianten in ihrem Genom zu identifizieren.

Am Ende identifizierten sie 33 Genotypen – 19 aus Florida und 14 aus Panama –, die eine Krankheitsresistenz aufwiesen, während 15 Genotypen – neun aus Florida und sechs aus Panama – eine hohe Krankheitsresistenz aufwiesen.

Weitere 31 Genotypen – 17 aus Florida und 14 aus Panama – wiesen eine unterdurchschnittliche Krankheitsresistenz auf, während 15 Genotypen – sieben aus Florida und acht aus Panama – als äußerst krankheitsanfällig oder im Volksmund als Superkorallen eingestuft wurden.

Vollmer sagt, dass bei der Entscheidung, welche Korallengenotypen in Aufzuchtfarmen gehalten werden sollen, andere Überlegungen berücksichtigt werden müssen – etwa wie schnell jede Koralle wächst und wie thermisch tolerant sie ist.

Aber da „Tausende und Abertausende“ Korallen zum Wiederaufbau zerstörter Riffe in Florida verwendet werden, sollte die Information der Korallenbauern, welche davon krankheitsresistent sind und welche nicht, den Erholungsprozess unterstützen, sagt Vollmer.

Ein unbekannter Erreger

Über die White-Band-Krankheit ist nicht viel bekannt, außer dass sie durch einen bakteriellen Krankheitserreger verursacht wird, der durch Antibiotika und Quorum-Sensing-Inhibitoren gestoppt werden kann.

„Einige mutmaßliche Krankheitserreger wurden identifiziert, aber wir wissen nicht, welche Bakterien die Krankheit verursachen“, sagt Vollmer.

Die Weißbandkrankheit ist nach dem nackten, weißen Korallenskelett benannt, das zurückbleibt, wenn sich erkrankte Gewebeflecken ablösen.

Korallen sehen vielleicht aus wie Steine ​​oder Pflanzen, aber in Wirklichkeit sind sie mit Seeanemonen verwandte Tiere, sagt Vollmer.

Korallenkolonien bestehen aus Tausenden winziger Tiere, sogenannten Polypen, die ihre Beute mit stechenden Tentakeln fangen. Laut Vollmer gehen riffbildende Korallen eine besondere Symbiose mit photosynthetischen Algen ein, die das Korallentier mit Nahrung in Form von Zucker versorgen.

Die symbiotische Beziehung kann für Korallen, die der thermischen Bleiche ausgesetzt sind, zum Scheitern verurteilt sein, wenn steigende Wassertemperaturen die Koralle so stark beanspruchen, dass sie die nährstoffliefernden Algen aus ihrem Gewebe ausstoßen, was dazu führt, dass die Koralle völlig weiß wird.

Beständigkeit gegen thermisches Bleichen – gibt es das?

Es sei möglich, dass steigende Meerestemperaturen mit der Weißbandkrankheit zusammenhängen, sagt Vollmer.

„Wenn man darüber nachdenkt, wie Krankheiten wirken, macht Stress den Einzelnen oft anfälliger für Krankheiten. Ein großer Stressfaktor für Korallen ist Temperaturstress“, sagt er.

„Unser nächstes NSF-Stipendium wird tatsächlich die Zusammenhänge zwischen Krankheitsresistenz und Temperaturtoleranz untersuchen. Sind es die gleichen Gensätze? Sind es unterschiedliche Gensätze?“

Den Korallen zu helfen, den Klimawandel zu überleben, sei wichtig für die Bildung von Riffen, die Wellenbewegungen abfedern, Fischpopulationen unterstützen und Touristengelder einbringen, sagt Vollmer.

Korallenriffe hätten die vielfältigsten Ökosysteme außerhalb der tropischen Regenwälder, sagt er.

„Wenn man ein Korallenriff sieht, handelt es sich bei dem, was wie Fels aussieht, tatsächlich um angehäufte Korallenskelette von lebenden oder ehemals lebenden Korallen“, sagt Vollmer. „Ohne Korallen gibt es kein Korallenriff.“