Schwere Hurrikane verstärken den Zustrom von Jungfischen und den Genfluss in einem Korallenriffschwamm

Aplysina cauliformis, ein Korallenriffschwamm, ist nach seinen seilartig aussehenden langen Zweigen benannt und bietet einen wichtigen dreidimensionalen Lebensraum für Meeresorganismen und hilft, das Fundament von Korallenriffen zu stabilisieren. Diese aufrecht verzweigten Schwämme sind jedoch sehr anfällig für Brüche bei Stürmen, was die Fragmentierung der Schwämme erhöht und zur Klonalität und Inzucht der Population beiträgt.

Viele Schwämme können schwere Schäden überstehen und häufig fragmentieren, was als Mechanismus der ungeschlechtlichen Fortpflanzung angesehen wird. Während die Fragmentierung eine häufig verwendete Fortpflanzungsstrategie bei Seilschwämmen ist, können sie sich auch sexuell vermehren, indem sie Larven produzieren. Wie und ob sie sich nach extremen Wetterereignissen wieder ansiedeln, ist für die Wiederherstellung und Widerstandsfähigkeit der Korallenriff-Ökosysteme von entscheidender Bedeutung.

Die Hurrikane Irma und Maria – beide im Jahr 2017 – waren zwei schnell aufeinanderfolgende Stürme, die Forschern des Harriet L. Wilkes Honors College und des Harbor Branch Oceanographic Institute der Florida Atlantic University sowie Mitarbeitern der University of the Virgin Islands, der University of Mississippi und der University of Alabama, mit der einmaligen Gelegenheit, ein vorrangiges Anliegen anzugehen – die Widerstandsfähigkeit der Korallenriffschwammpopulationen nach schweren Hurrikanen.

Die Forscher sind die ersten, die die Wiederbesiedlung von Substraten durch Schwämme auf den US-amerikanischen Jungferninseln nach diesen beiden katastrophalen Stürmen mithilfe genetischer Analysen bewerten, um zu verstehen, wie viel Klonalität im Vergleich zur sexuellen Rekrutierung an Korallenriffen nach den Stürmen auftritt. Bisher konzentrierten sich Studien zu Sturmeinflüssen weitgehend auf Skleraktin- oder Steinkorallen.

Ergebnisse der Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Molekulare Ökologiezeigen, dass Populationen klonaler Meeresarten mit geringer pelagischer Ausbreitung, wie z. B. A. cauliformis, von einer erhöhten Häufigkeit und Stärke von Hurrikanen profitieren könnten, um die genetische Vielfalt zu erhalten und Inzucht zu bekämpfen, wodurch die Widerstandsfähigkeit karibischer Schwammgemeinschaften gegenüber extremen Sturmereignissen erhöht wird.

Die A. cauliformis-Population war vor den Hurrikanen stark klonal, verlagerte sich jedoch zur Wiederbesiedlung nach den Hurrikanen auf eine stärkere sexuelle Fortpflanzung, wobei 85 Prozent der sexuellen Fortpflanzung hauptsächlich auf die Rekrutierung lokaler Larven zurückzuführen waren. Große Sturmereignisse begünstigten die Rekrutierung von Schwammlarven, erhöhten jedoch nicht die genetische Vielfalt.

„Verzweigte Korallenpopulationen, die mittleren oder niedrigen Sturmhäufigkeiten ausgesetzt sind, weisen bekanntermaßen hauptsächlich sexuelle Populationen auf, wohingegen Orte mit den höchsten Sturmhäufigkeiten überwiegend klonale Populationen aufweisen“, sagte Andia Chaves Fonnegra, Ph.D., Hauptforscherin und Assistenzprofessorin für Biologie am Harriet L. Wilkes Honors College und Harbor Branch der FAU.

„Im Gegensatz dazu zeigten unsere Ergebnisse eine stärkere Rekrutierung von sexuell abgeleiteten Schwammlarven als von Klonen, die durch Fragmentierung/Regeneration nach diesen extremen Ereignissen entstanden sind, wodurch die genetische Vielfalt erhalten blieb. Da sich A. cauliformis-Schwämme sowohl ungeschlechtlich durch Fragmentierung als auch sexuell vermehren, können Wechselwirkungen zwischen diesen Mechanismen ihre Wirkung maximieren.“ Ausbreitungseffizienz und ihre Wahrscheinlichkeit einer erfolgreichen Wiederbesiedlung von Lebensräumen.

Nach dem Hurrikan wurden an allen Probenahmestellen in St. Thomas Larvenrekruten (Genets) und Fragmente (Ramets) entdeckt, was auf ein Potenzial für eine rasche Erholung der Population dieser Art hinweist, die nicht durch die Standortphysiographie beeinträchtigt wurde.

An allen Standorten zusammen waren 65,8 Prozent der erwachsenen Schwämme vor dem Hurrikan Ginsterkatzen, verglichen mit 85,1 Prozent der Jungschwämme nach dem Hurrikan. Dies deutet darauf hin, dass die Wiederbesiedlung von A. cauliformis nach den Hurrikanen größtenteils auf sexuelle Fortpflanzung zurückzuführen war, wobei an den Untersuchungsstandorten ein Genfluss über Entfernungen von bis zu 60 Kilometern zwischen St. Croix und Buck Island in St. Thomas festgestellt wurde.

Für die Studie sammelten Taucher 14 und 22 Monate nach den beiden Hurrikanen der Kategorie 5 in St. Thomas kleine Proben der dünnen violetten Morphotyp-Schwämme. Anschließend extrahierten die Forscher genomische DNA aus den Schwammproben mithilfe einer Genotypisierungsmethode, die auf der Sequenzierung einheitlicher Fragmente namens 2b-RAD basiert.

Diese neue Methode wird zur Kartierung, Populationsgenetik, genetischen Kartierung und Schätzung von Allelen verwendet. Die genetische Vielfalt wurde für die Populationen vor dem Hurrikan (Erwachsene) und nach dem Hurrikan (Erwachsene und Jugendliche) wie erwartet (He) und beobachtete (Ho) Heterozygotien mit Inzuchtkoeffizienten (FIS) geschätzt und verglichen.

„Über kurze Zeiträume können intermittierende Störungen wie Hurrikane die Struktur und Funktion der benthischen Gemeinschaft des Korallenriffs verändern und sich auf die Erholungszeit auswirken“, sagte Chaves Fonnegra. „Wie wir jedoch in unserer Studie gezeigt haben, wirken sich Sturmereignisse nicht auf alle Riffarten gleichermaßen aus und können die Diversität fördern, indem sie offenes Substrat für die Anheftung und Rekrutierung von Larven schaffen.“

Angesichts der Prognosen, dass im Zuge des weiteren Klimawandels häufigere, intensivere Hurrikane auftreten, ist es wahrscheinlich, dass größere Störungen wie die beispiellose Landung der beiden Hurrikane der Kategorie 5 in St. Thomas weiterhin die Populationsstruktur der Korallenriffarten und ihre ökologischen Wechselwirkungen beeinflussen werden .