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Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

17.01.2019
Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

WissenschaftlerInnen des Centre Scientifique de Monaco (CSM), des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel ist es gelungen, in einer tropischen Korallenart drei Messwerte zu erheben, die für die Bildung des Korallenskelettes besonders wichtig sind. Dadurch können sie erstmalig die vollständige Karbonatchemie am Ort der Verkalkung in einer lebenden Koralle beschreiben. Ihre Ergebnisse veröffentlichen sie nun in der Fachzeitschrift Science Advances.

Korallenriffe sind gewaltige Strukturen aus Kalziumkarbonat. Die hier vorgestellte Studie, veröffentlicht in Science Advances am 16. Januar 2019, gibt Einblicke in den Vorgang der Verkalkung, der zur Bildung dieser gewaltigen Strukturen führt. Die Untersuchung der Kalkbildung an Korallen ist unverzichtbar für ein tieferes Verständnis und bessere Vorhersagen darüber, wie und warum Korallenriffe auf Umweltveränderungen wie zum Beispiel Ozeanversauerung reagieren.

“Durch die Kombination zweier Methoden - Mikroskopie und Mikrosensormessungen – konnten wir Kalzium-, Karbonat- und pH-Werte direkt am Ort der Kalzifizierung in kleinen Kolonien von Korallen der Art Stylophora pistillata messen. Daraus konnten wir wichtige Kenngrößen der Karbonatchemie ableiten. Die Werte aller gemessenen und abgeleiteten Parameter waren an der Koralle höher als im Meerwasser. Das deutet auf die wichtige Rolle von Mechanismen zur Anreicherung von Karbonat und Kalzium hin, die aktiv von der Koralle reguliert werden, um ihr Skelett zu bilden”, sagt Duygu Sevilgen, Erstautorin der Veröffentlichung, Wissenschaftlerin am CSM und ehemalige Doktorandin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie.

Mikrokolonie der Koralle Stylophora pistillata, auch Griffelkoralle genannt, mit Mikrosensor
Mikrokolonie der Koralle Stylophora pistillata, auch Griffelkoralle genannt, mit Mikrosensor. (© Eric Tambutté, Centre Scientifique de Monaco)

Das Messen dieser Schlüsselparameter in lebenden Korallen direkt am Ort der Kalkbildung (dort, wo die ersten Kristalle gebildet werden, bevor sie sich zum massiven Skelett verbinden) ist eine große technische Herausforderung. Frühere Mikrosensorstudien wurden “blind” durchgeführt, die korrekte Platzierung der Mikroelektroden im kalkbildenden Medium konnte nicht sichergestellt werden. Daher stammt der größte Teil unseres heutigen Wissens von der Untersuchung der Skelette toter Korallen und nicht aus Messungen an lebenden Organismen. Sevilgen und ihren Kolleginnen und Kollegen ist es nun gelungen, die Mikrosensoren mittels in vivo-Mikroskopie im kalzifizierenden Medium genau zu positionieren, ohne dabei die Physiologie der Koralle zu stören. “Unsere Stärke am CSM ist seit vielen Jahren die Kultivierung von Korallen unter kontrollierten Bedingungen und die Entwicklung von innovativen Methoden, um die Physiologie in lebenden Korallen zu untersuchen”, so Sylvie Tambutté, Forschungsleiterin am CSM.

Zum ersten Mal wurde im Rahmen der Studie auch ein in Zusammenarbeit mit der Universität Kiel entwickelter Mikrosensor eingesetzt, um den Karbonatgehalt in wenigen Mikrometer kleinen Bereichen zu messen. „Durch unsere punktgenaue Messung mittels speziell entwickelter Mikrosensoren konnten wir entscheidend zur Bestimmung der Karbonatchemie am Ort der Skelettbildung beitragen. Diese neuen Erkenntnisse sind wichtig für die zukünftige Erforschung von Anpassungsmechanismen von Korallen in sauren Meeresumgebungen“, sagt Marian Hu vom Institut für Physiologie an der Kieler Universität.

Die Koralle Stylophora pistillata, auch Griffelkoralle genannt
Die Koralle Stylophora pistillata, auch Griffelkoralle genannt. (© Eric Tambutté, Centre Scientifique de Monaco)

Alexander Venn, leitender Wissenschaftler am CSM, erklärt: “Es gibt viele spannende Daten über das kalzifizierende Medium in der vorhandenen Literatur über Korallen. Jedoch sind die Werte, die durch verschiedene Methoden erzielt wurden, sehr unterschiedlich. In unserer Studie haben wir in einem ersten Schritt zwei Methoden zur Messung des pH-Werts kombiniert (einen pH-sensitiven, fluoreszierenden Farbstoff und pH-Mikrosensoren). Zudem haben wir mit dem Mikroskop überprüft, dass wir zur selben Zeit an derselben Stelle messen. Dadurch konnten wir zeigen, dass, wenn zur selben Zeit und am selben Ort gemessen wird, unterschiedliche Messmethoden tatsächlich ein einheitliches Ergebnis liefern. Das erklärt Unterschiede in früheren Ergebnissen. Unsere Studie unterstreicht, wie nützlich und wichtig eine optische Überprüfung während des Einsatzes von Mikrosensoren ist, um eine ordnungsgemäße Platzierung in der Koralle sicherzustellen.”

Die Studie liefert wichtige Erkenntnisse für zukünftige Mikrosensor- und Modellierungsansätze, die sich mit der Karbonatchemie und der Dynamik während der Karbonatkristallbildung in Korallen befassen.


Die Arbeit wurde von der Regierung des Fürstentums von Monaco finanziert.

Originalveröffentlichung

Full in vivo characterization of carbonate chemistry at the site of calcification in corals. Sevilgen DS, Venn AA, Hu MY, Tambutté E, de Beer D, Planas-Bielsa V, Tambutté S (Publiziert in Science Advances am 16. Januar 2019)

DOI: 10.1126/sciadv.aau7447

Gemeinsame Pressemitteilung des Centre Scientifique de Monaco (CSM), des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Der Artikel aus Science Advances als pdf zum Download.

Beteiligte Institute

  • Centre Scientifique de Monaco, Marine Biology Department, 8 Quai Antoine 1er, MC 98000 Monaco, Monaco

  • Max Planck Institute for Marine Microbiology, Celsiusstr. 1, DE 28359 Bremen, Germany

  • Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Hermann-Rodewald- Straße 5, DE 24118 Kiel, Germany

BBC Science in Action

Hören Sie ein Interview mit Duygu Sevilgen bei der BBC. Duygus Beitrag startet bei Minute 14:12.

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