Als warmes Meer ein Rennen um die hitzebeständige Koralle züchtet

Korallenriffe gehören zu den am stärksten gefährdeten Ökosystemen der Welt, die für Verschmutzung, Ozeanansäuerung und Überfischung anfällig sind. Und wenn Meereswärmewellen stärker und häufiger werden, fahren sie zunehmend Korallen, um ihre ansässigen Mikroalgen auszuschließen, die ihnen essentielle Nährstoffe liefern. Ohne ihre Algen können Korallen ihre lebendigen Farben verlieren, ein Phänomen namens Bleiche und verhungern.

Die Korallen der Welt, von der Karibik bis zum Indischen Ozean, werden derzeit seit 1998 ihre vierte Massenbleiche durchführen. Diese Veranstaltung hat etwa 8 Prozent der Weltkorallen und zwischen 2009 und 2018 etwa 14 Prozent der verbleibenden Korallen der Welt – etwa 4.500 Quadratmeter Kilometer von ihnen – wurden ebenfalls vorwiegend durch Hitze ausgelöscht. Das zwischenstaatliche Gremium für Klimawandelprojekte, dass, selbst wenn die globale Erwärmung auf 1,5 Grad Celsius begrenzt ist, das Ziel von Pariser Vereinbarung, die Korallenriffe um 2100 um 70 auf 90 Prozent sinken werden.

Mit früheren Studien, in denen einige Korallen auf natürliche Weise der Wärme besser als andere standhalten, begann das koralische Team sein Projekt, indem er systematisch kartiert und heat testing 100 stand Acropora digitifera Korallenkolonien in den sehr unterschiedlichen Riffen von Palau im westlichen Pazifik. Sie setzten Fragmente aus jeder Kolonie einer Temperaturstress -Herausforderung in einem Labortank aus, der die Dauer und Intensität von Meereswärmewellen emulierte. Eine Gruppe verbrachte 10 Tage im Wasser, das allmählich um 3,5 Grad C C; Eine andere Gruppe verbrachte einen Monat in Wasser, das um 2,5 Grad C. erwärmt wurde. C.

Das Team wählte dann die oberen und unteren Darsteller aus und begann das Matchmaking. Diejenigen mit hoher Hitze -Toleranz würden ihre Eier und ihre Spermien miteinander vermischen. Low-Toleranz-Korallen wurden ähnlich gepaart, und einige Paare waren eine Mischung aus beiden. Die resultierenden Larven wurden nach dem Anbringen an Keramikfliesen in Kindergarten auf einem örtlichen Riff verlegt, wo sie drei bis vier Jahre lang wuchsen.

Am Ende ihrer Studie stellte das Team fest, dass die Heritabilität der Wärmeverträglichkeit zwischen 0,2 und 0,3 auf einer Skala von 0 bis 1 lag, was darauf hinweist “, Schrieben die Autoren. „Die Reaktion ist nicht vollständig genetisch angetrieben, die Umwelt hat auch einen gewissen Einfluss“, sagt Adriana Humanes, eine Meeresökologin im Koralassisten -Labor. “Aber Sie haben einen großen Bestandteil der Genetik, die die Reaktion auf die Hitzestress beeinflusst.”

In ihren Versuchen wurde die Toleranz gegenüber erwachsenen Nachkommen von hochheiztoleranten Eltern durch die Zucht um fast 1 „Studienheizwoche“ erhöht, eine Metrik, die sich darauf bezieht, wie viel Hitzestress in einem Gebiet in den letzten 12 Wochen angesammelt hat. im Vergleich zu den Korallen mit Eltern mit niedriger Hitze. Die Studie dient als Beweis für das Konzept, dass die selektive Zucht die Wärmetoleranz in nur einer Generation steigern und bis ins Erwachsenenalter dauern kann.

Während das Experiment zeigte, dass es den Umfang der Züchtung gibt, war die Verbesserung des Wärmewiderstands im Vergleich zum Klimawandel immer noch „ziemlich bescheiden“, sagt Liam Lachs, ein Ökologe aus dem koralischen Labor, der die statistischen Berechnungen des Teams durchführte. In diesem Jahr erwärmten sich Palaus Wasser in 10 Grad-Heating-Wochen, und die Karibik schlug 20 Grad-Heating-Wochen. Darüber hinaus taten die Korallen, die wärmefest gegen kurze Wärmekabel waren, unter längerfristiger Wärmexposition nicht so gut ab, was darauf hinweist, dass verschiedene Gene möglicherweise für die Resistenz gegen verschiedene Wärmedauern verantwortlich sind.

Korallenforscher wissen, dass es kein einziges Gen gibt, das Korallen Wärmeresistenz verleiht Wissenschaft (Ziele). Ihr Labor versucht auch, hitzebeständige Korallen selektiv zu züchten, aber sie verwendet eine schnellere Methode, die einen schnellen Hitze-Zap anwendet und sich auf Zuchtkorallen verschiedener Arten konzentriert, in der Hoffnung, stabilere Hybriden zu machen.

Die Brutbemühungen müssen ebenfalls Kompromisse berücksichtigen. Die Gene, die eine Koralle toleranter für Wärme machen, können es auch weniger tolerant gegen Krankheiten, weniger fruchtbar, weniger resistent gegen Stürme oder Kälte und langsamer wachsen, sagt Lamm.

Angesichts dieser Überlegungen züchtet ihr Team auch selektiv die Mikroalgen, die in Korallen leben, die in hohem Maße für die tatsächliche Temperaturtoleranz einer Korallenkolonie verantwortlich sind, sagt Madeleine Van Oppen, Leiterin von AIMS ‘Coral Assisted-Evolution-Projekt.

Van Oppen hat eine Reihe von Mikroalgen aus der Korallen um das Great Barrier Reef ausgewählt und ihre Wärmetoleranz durch die Freigabe mehrerer Generationen im Laufe von 10 Jahren zu erhöhten Temperaturen in einem Labor unterstützt und sie dann wieder in chemisch geblachte Korallenfragmente von Erwachsenen einführte .

Nach den ersten Labortests startete Van Oppen einen Prozess auf einem Inshore -Riff des Great Barrier Reef. Die bisherigen Ergebnisse waren „sehr vielversprechend“, sagt sie. Während der Hitzewelle des letzten Sommers verblasste die Korallen mit hitzebärtetem Mikroalgen weniger und photosynthetisierte besser als Korallen mit eng verwandten Mikroalgen, die nicht zur Wärmeverträglichkeit verstärkt worden waren. Es gibt jedoch immer noch Fragen, ob sich die Mikroalgen ausbreiten und gesund bleiben und ob es in freier Wildbahn Faktoren gibt, die noch nicht berücksichtigt wurden. “Dies ist ein sehr junges Feld”, sagt Van Oppen. “Es ist nicht verwunderlich, dass es noch viel unbekannt gibt.”

Beispielsweise zeigen Studien, dass Korallen, die in Labors aufgezogen wurden, häufig geschwächtes Skelette haben. Dies deutet darauf hin, dass sie nach dem Pflanzen in Meeresgewässern beeinträchtigt werden könnten, sagt Terry Hughes, Direktor des Exzellenzzentrums für Korallenriffe in Australien. „Trotz langjähriger Behauptungen, dass hitzetolerante Super-Korale im Labor gezüchtet werden und Riffe neu bevölkert werden können, wissen wir immer noch nicht wirklich, ob das stimmt“ Es ist unwahrscheinlich, dass der wilde Genpool einen signifikanten Unterschied macht, außer unter extremen Umständen, da die natürliche Selektion die Mischung von Korallenarten auf Riffen bereits verändert.

„Korallen sind immer kompliziert. Sie tun immer etwas Unerwartetes “, sagt Stanfords Palumbi, dessen Labor wärmeresistente Korallen in freier Wildbahn identifiziert und dann so nennen, was er als„ gemeinsame Garten- “Experimente nennt. „Diese Korallen waren [evolving tolerance to changing conditions] für Hunderttausende von Jahren. Sie sind bereits da draußen “, sagt Palumbi, der unter anderem auch in Palau arbeitet. Durch das Sammeln von Tausenden von Korallenfragmenten aus verschiedenen Riffen, testet sie auf Widerstand gegen ein Wärmezap und dann die wärme-toleranteren Arten und Kolonien in Metallrahmen, die ihnen die Chance gibt, mit einem zu züchten breiterer Genpool.

Vorläufige Befunde aus diesen Tests, sagt Palumbi, schlägt vor, dass ihre Nachkommen in der Wärmeverträglichkeit gegenüber den 1-Grad-Corallen von Coral Assern ähnlich sind. „Wir verfolgen im Grunde genommen zwei ziemlich unterschiedliche, aber sehr parallele und komplementäre Möglichkeiten, die gleiche Frage zu betrachten“, sagt Palumbi. Aber das neue Papier des Coralassist -Teams ist der erste, der einen Anstieg der Wärmetoleranz quantifiziert. “Diese Zahl ist etwas, das bisher in keinem anderen Papier erschienen ist”, sagt er.

Dennoch sollten die praktischen Schwierigkeiten und Kosten der Korallenhaltung nicht übersehen werden, sagt Hughes, und die Wiederherstellung der Korallenriffe ist weitaus teurer als die Wiederherstellung von Seegras oder Mangroven. Eine Million neu besiedelte Korallen mögen nach viel klingen, aber „in Wirklichkeit ist es ein Tropfen im Ozean“, sagt Hughes, der feststellt, dass die Gesamtfläche des Riffs weltweit, das derzeit von Labor-Reared-Korallen besetzt ist, eine Handvoll Quadratmeter ist.

„Das Beste, was wir in Bezug auf die Wiederherstellung der Riffe tun können, werden im Vergleich zu dem Gebiet immer sehr klein sein“, sagt Christopher Jury, ein Riffökologe an der Universität von Hawai’i in Mānoa. Aber Riffe auf der ganzen Welt zu erholen, war nie das Ziel, sagt er. Wiederherstellungsbemühungen können kleine Gebiete schützen, die Samenmaterial bereitstellen sollen, die durch normale Reproduktion, Larvenverbreitung und Siedlung am Meeresboden die Verjüngung von Riffen an anderer Stelle fördern können. Natürlich ist eine wesentliche Minderung des Klimawandels eine Voraussetzung, wenn eine dieser anderen Strategien zur Erhaltung von Riffe arbeiten wird, und die Zuchtbemühungen sollen nur etwas mehr Zeit kaufen.

Die Tatsache, dass die Korallenhäufigkeit aufgrund des Klimawandels gesunken ist, negiert nicht die Tatsache, dass in einigen überlebenden Korallenpopulationen eine schnelle Evolution bereits auf natürliche Weise geschieht. Als das Team der Jury eine natürlich vorkommende Korallenriffgemeinschaft vor Oahu und zwei Jahre lang einer Kombination von 2 Grad C -Erwärmung und -0,2 -pH -Einheiten der Ansäuerung unterzogen hat -, ähnlich wie die Ozeane mit der aktuellen Raten der globalen Erwärmung auftreten werden – Die Gemeinden veränderten sich und veränderten sich, während die hohen biologischen Vielfaltsraten aufrechterhalten wurden. Die Korallen rekrutierten eine vielfältige Ansammlung von Algen, Wirbellosen und Mikroben, die ihnen halfen, der Hitze standzuhalten. Es gibt also Hoffnung.

Letztendlich können die Daten, die aus allen Experimenten gesammelt wurden, Forschern helfen, ihre Modelle zu verbessern, wie Korallen unter der globalen Erwärmung abschneiden werden, sagt James Guest, der Forscher, der die Arbeitskaller -Laborarbeit geleitet hat. Dieses Team hat ihre Daten kürzlich aus jahrelanger Zuchtversuche in Computermodelle angeschlossen, die unter verschiedenen Szenarien des Klimawandels Anleitung geben, wo und wann Interventionen erforderlich und effektiv sind. Diese Arbeit ist in der Beendigung Wissenschaft.

“Es wird einige Fälle geben, in denen es besser ist, die Korallen ihren Geräten zu überlassen”, sagt Guest. “Es ist nur offen und ständig bereit, den Rat auf der Grundlage neuer Forschungen zu aktualisieren.”