Forscher haben eine neue Methode entwickelt, um lebensechte künstliche Wasserlebensräume zu schaffen, die Wissenschaftlern helfen könnten, reale Umgebungen besser zu verstehen und wiederherzustellen.
Aneri Garg, die die Forschung im Rahmen ihres Masterstudiums unter der Leitung von Stephanie Green absolvierte, entwickelte das 3D-Scanning-, Printing-, Moulding-and-Casting-Verfahren (3D-SPMC) zunächst für ein Projekt mit Korallenriffen. Wie Garg erklärt, ist die Untersuchung der Merkmale lebender Lebensräume, die verschiedene Organismen anziehen und halten, von entscheidender Bedeutung für die Erforschung der ökologischen Lebensraumauswahl und damit der Wiederherstellungsplanung.
„Insbesondere für biogene (lebende) Lebensräume haben sie alle irgendeine Art von strukturellen Merkmalen oder architektonischer Komplexität, aber sie bestehen auch aus lebendem Gewebe“, sagt Garg. „Wir versuchen, so viele grundlegende Fragen wie möglich zu diesen wirklich wichtigen Lebensräumen zu beantworten.“
Green stellt fest, dass die Korallenriffe in der Karibik, wo Garg und Green arbeiten, in den letzten Jahrzehnten 80 % ihrer Korallen verloren haben. Verloren gegangene oder geschädigte Lebensräume, einschließlich aquatischer Lebensräume wie Korallenriffe, wurden ebenfalls als Hauptbedrohung für 85 % der Arten identifiziert, die auf der „roten Liste“ bedrohter Arten der International Union for Conservation of Nature stehen.
Garg und ihr Team konnten künstliche 3D-Lebensräume schaffen, die lebensecht aussehen und unter Wasser stabil bleiben, was eine erweiterte Beobachtung ermöglicht und ein wichtiges Werkzeug zur Untersuchung des Verhaltens von Fischen und anderen Unterwasserorganismen darstellt.
Garg merkt an, dass die 3D-SPMC-Methode für eine Vielzahl von Zwecken verwendet werden kann, einschließlich der Wiederherstellungsplanung für aquatische Umgebungen, und dass jede Phase des Prozesses geändert oder an spezifische Bedürfnisse angepasst werden kann.
Eine interdisziplinäre Methode
Um die Methode zu entwickeln, machte Garg zunächst eine Bestandsaufnahme der aktuellen Praktiken zur Schaffung dieser Art von künstlichen Lebensräumen, untersuchte die verwendeten Materialien und Methoden und untersuchte einige der Herausforderungen und Einschränkungen. Dann entwickelte sie eine integrative Methode mit drei Schlüsselmetriken im Hinterkopf – Zugänglichkeit, Skalierbarkeit und ökologische Erwägungen.
Aneri Garg montiert die künstlichen Korallenriffmodule. Bildnachweis: University of Alberta
Sie brauchte eine kostengünstige Methode, um etwa 400 künstliche Korallenriffstücke für ihr Forschungsprojekt herzustellen, und sie wollte, dass sie so lebensecht wie möglich sind, um genaue Daten darüber zu sammeln, wie Unterwasserorganismen mit ihnen interagieren. Sie wollte auch kein zusätzliches Plastik in den Ozean einbringen oder Materialien verwenden, die das Potenzial haben, Schadstoffe in das Wasser auszulaugen.
„Die Methode beinhaltete, darüber nachzudenken, wie wir die negativen Eigenschaften reduzieren und die positiven Eigenschaften dieser verschiedenen Materialien und Methoden integrieren können“, sagt Garg.
Die Forscher prognostizieren, dass die 3D-SPMC-Methode mit anderen künstlichen Habitatmaterialien und -designs, die typischerweise in Studien zur Habitatauswahl verwendet werden, gleichwertig oder besser abschneidet.
Garg betont, dass die Entwicklung der neuen Methode kein linearer Prozess war. Sie begleitete Menschen in Disziplinen von der Paläontologie über das Ingenieurwesen bis hin zur Kunst und sammelte dabei Tipps und Erkenntnisse, während sie ihren Ansatz verfeinerte.
Sie begann mit der Verwendung eines 3D-Scanners, um die Form und die winzigen Merkmale von Korallenskeletten zu erfassen, die von der Biologin Heather Proctor, der Kuratorin der Wirbellosensammlung der Biologieabteilung, bereitgestellt wurden. Dann erweckte sie den Scan mit einem 3D-Drucker zum Leben und veränderte die Struktur leicht, um den Druckprozess zu beschleunigen und das Formen der Form zu erleichtern.
Garg goss dann eine Art Silikon auf die 3D-gedruckten Figuren, um eine Reihe von Formen zu erstellen. „Wir haben im Wesentlichen eine Art Eiswürfelschale hergestellt, Formenplatten, die wir schnell vergrößern konnten, um die künstlichen Korallen herzustellen, und die wiederverwendet werden konnten.“ Schließlich verwendete sie Arbeitsplattenbeton, um die Formen zu füllen und die eigentlichen Korallenriffstrukturen zu schaffen.
Im Labor produziert, im Ozean gepflanzt
Um die Wirksamkeit der neuen Methode zu testen – und mit der Beantwortung einiger anderer wichtiger Forschungsfragen zu Wasserorganismen und deren Interaktion mit ihren Lebensräumen zu beginnen – mussten Garg und ihr Team die künstlichen Korallenstücke in den Ozean bringen.
Der wissenschaftliche Mitarbeiter Taylor Restall befestigt künstliche Korallen am Untersuchungsstandort Carysfort Reef, Florida, USA. Bildnachweis: University of Alberta
„Die Wiederherstellung von Korallen ist fast analog zum Pflanzen von Bäumen. Sie züchten einen Haufen Babykorallen in der Gärtnerei, bringen sie dann dorthin, wo Sie sie hinstellen möchten, und pflanzen sie dort aus“, sagt Garg.
In Anlehnung an die Best Practices der Coral Restoration Foundation entschied sich Garg, Epoxid zu verwenden, um die Teile an einem bestimmten Studienstandort im Florida Keys National Marine Sanctuary zu befestigen. An zwei Tagen arbeitete ein 30-köpfiges Team daran, die 800 Korallenstücke (400 lebende und 400 künstliche) in fast 100 Habitatflecken auszupflanzen, wo Garg und ihre Mitarbeiter zurückkehrten, um sie zu überwachen.
In ihrer zukünftigen Arbeit plant Garg, die Auswirkungen der unterschiedlichen Prozentsätze lebender und künstlicher Korallen in Habitatflecken zu untersuchen und zu untersuchen, ob das genaue Gebiet, in dem sie sich befinden, einen Unterschied für die Gemeinschaften mit hoher Biodiversität macht, die in und um Korallenriffe leben.
Sie sagt, dass die Fähigkeit, diese Arten von lebensechten, anpassungsfähigen künstlichen Lebensräumen zu schaffen, es Forschern und Partnerorganisationen ermöglicht, sich einer effektiveren Naturschutzplanung zuzuwenden und Antworten auf einige dringende Fragen zu finden.
„Es ist wichtig, diese durch menschliche Aktivitäten zerstörten Lebensräume wiederherzustellen, aber gleichzeitig müssen wir auch die eigentlichen Ursachen angehen.“
Da der Prozess nahezu unbegrenzt anpassbar ist, könnten die nächsten Schritte alles umfassen, von der leichten Optimierung der Form der Koralle bis hin zur Betrachtung von Zusätzen, die das Verhalten der Fische beeinflussen können, wie z. Letztendlich hofft Garg, dass andere Forscher diese Methode als Werkzeug verwenden können, um ihre Forschungsfragen zu beantworten.
„Es ist eine Gelegenheit, kreativ zu sein. Wer weiß, vielleicht nimmt jemand die Methode und macht etwas völlig anderes, was großartig wäre.“