Der Klimawandel lässt die Wassertemperaturen steigen, was wiederum zu einer Korallenbleiche führen kann - und schließlich zum Absterben der Nesseltiere. Doch wie anfällig eine Korallenart ist, hängt auch von ihren mikrobiellen Begleitern ab.

Die Reaktion von Korallen auf Hitzestress hängt auch von den Bakterien, Pilzen und Viren ab, mit denen die Tiere zusammenleben. Im besten Fall kann dieses Mikrobiom die Anpassung an höhere Wassertemperaturen erleichtern, berichten Forscher aus Japan und den USA im Fachmagazin "Nature Communications". Sie identifizierten eine Reihe von Genen, die mit der Reaktion auf erhöhte Wassertemperaturen zusammenhängen.

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Die meisten Korallen leben mit einzelligen Algen, dem Photosymbiont, in einer Symbiose, also in einer Beziehung, die beiden Seiten Vorteile bietet. Die Algen finden im Inneren der Korallen Schutz, dafür versorgen sie die Nesseltiere mit lebenswichtigen Nährstoffen, etwa mit Glucose. Bei langfristig erhöhten Wassertemperaturen stoßen die Korallen die Algen ab - sie bleichen aus und können schließlich absterben. Algen sind nicht die einzigen Begleiter gesunder Korallen. Auch Viren, Bakterien und Pilze leben an und mit den Tieren und sind an ihrem Stoffwechsel beteiligt. Zusammen werden alle diese Organismen als Holobiont bezeichnet - als Gruppe voneinander abhängiger Lebewesen.

Gesamtes Holobiont beteiligt

"Frühere Studien zu den molekularen Mechanismen, die der Hitzestress-Toleranz von Korallen zugrunde liegen, konzentrierten sich in der Regel nur auf das Tier oder den Photosymbionten, aber wir wissen jetzt, dass der gesamte Holobiont - das Korallentier, der Photosymbiont und das Mikrobiom - an der Stressreaktion beteiligt ist", erläutert Viridiana Avila-Magaña von der Penn State University.

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Gemeinsam mit ihrem Team hatte Avila-Magaña drei Arten von Korallen in mexikanischen Gewässern gesammelt und im Labor für neun Tage erhöhten Wassertemperaturen ausgesetzt. Von den drei Arten war bekannt, dass sie unterschiedlich auf Hitzestress reagieren und dass jede Art unterschiedliche Algen und Mikroben beherbergt. Zudem untersuchten die Forschenden die Genexpression bei allen beteiligten Organismen, also welche Gene einer Zelle in Eiweiße übersetzt werden. Sie verglichen die Ergebnisse mit denen von Artgenossen, die keinen erhöhten Temperaturen ausgesetzt waren. Schließlich analysierten die Wissenschaftler noch, wie sich die Genexpression im Verlauf der Evolution der einzelnen Arten in Reaktion auf Hitzestress verändert hatte.

Arten reagieren unterschiedlich

"Angesichts der jüngsten Debatten über das Anpassungspotenzial verschiedener Korallen-Holobionten an die Bedrohungen des Klimawandels ist dieser Ansatz für die Korallenriff-Forschung besonders relevant", erläutert Avila-Magaña. "Damit konnten wir verstehen, warum verschiedene Korallen einzigartige physiologische Reaktionen auf Hitzestress zeigen und wie die Evolution der Genexpression ihre unterschiedliche Anfälligkeit geprägt hat."

Die Experimente zeigten, dass die einzelnen Arten unterschiedlich auf die Erwärmung reagierten. Eine größere Toleranz sei zumindest teilweise auf eine höhere Anzahl und Vielfalt der Mikroben im Mikrobiom zurückzuführen, berichten die Wissenschaftler. Eine höhere Vielfalt bedeute, dass Stoffwechselwege, die vor Hitze schützen, sozusagen mehrfach abgesichert sind.

"Wir haben festgestellt, dass einige Korallen ein stabiles und vielfältiges Mikrobiom besitzen, das sich in einer Vielzahl von Stoffwechselfähigkeiten niederschlägt, die nachweislich auch während der thermischen Herausforderung aktiv bleiben", so Avila-Magaña. "Im Gegensatz dazu weisen weniger thermisch tolerante Arten eine geringere bakterielle Aktivität und Vielfalt auf."

Die Ergebnisse könnten dazu beitragen, die Anpassungsfähigkeit unterschiedlicher Korallen an den Klimawandel besser zu verstehen und Erhaltungsmaßnahmen anzupassen, schreiben die Wissenschaftler.