„Wir haben Korallen gezüchtet, die tödliche Hitzewellen besser vertragen“

Selektive Zucht funktioniert, aber um die Riffe zu retten, sind dennoch rasche Klimaschutzmaßnahmen erforderlich, berichten LIAM LACHS, ADRIANA HUMANES und JAMES GUEST von der Newcastle University

Unsere Forschungsgruppe hat Korallen gezüchtet, die Hitzewellen im Meer besser überstehen. Unsere Arbeit, die jetzt in Nature Communications veröffentlicht , zeigt, dass es möglich ist, die Hitzetoleranz von Korallen sogar innerhalb einer einzigen Generation zu verbessern.

Dies haben wir durch selektive Zucht erreicht: eine Technik, die der Mensch seit Tausenden von Jahren anwendet, um Tiere und Pflanzen mit wünschenswerten Eigenschaften zu erzeugen. Durch selektive Zucht verwandelten Menschen wolfsähnliche Hunde in Bernhardiner, Chihuahuas und alles dazwischen.

Heute wird die selektive Zucht als Mittel zum Naturschutz betrachtet, insbesondere für Korallenriffe. Das Coralassist Lab (zu dem wir gehören) und das Palau International Coral Reef Centre haben speziell an der Überlebensfähigkeit von Korallen bei Hitzewellen gearbeitet. Unsere neuesten Ergebnisse sind das Ergebnis von sieben Jahren Arbeit.

Hitzewellen im Meer führen zu massiver Korallenbleiche und Korallensterben. 2023-2024 wurde als viertes globales MassenbleichereignisMethoden der unterstützten Evolution – wie etwa selektive Züchtung – zielen darauf ab, die natürliche Anpassung zu beschleunigen und den Korallen so an den Klimawandel Zeit zu verschaffen.

Allerdings fiel die Verbesserung der Hitzetoleranz unserer selektiv gezüchteten Korallen im Vergleich zur Intensität künftiger Meeres-Hitzewellen bescheiden aus.

Selektive Zucht ist zwar möglich, aber wahrscheinlich kein Allheilmittel. Wir müssen die Ursache der massenhaften Korallenbleiche bekämpfen, indem wir die Treibhausgasemissionen reduzieren, um die Erwärmung zu mildern und den Programmen zur unterstützten Evolution Zeit zu geben, ihre Wirkung zu entfalten.

Wie man Korallen hitzeresistent züchtet

Der erste Schritt bestand darin, die Hitzetoleranz vieler potenzieller Elternkorallen am Riff zu bestimmen. Dann wählten wir bestimmte Individuen aus, um zwei separate Nachkommenfamilien zu züchten, die entweder aufgrund ihrer hohen oder niedrigen Hitzetoleranz ausgewählt wurden. Wir zogen diese Nachkommen drei bis vier Jahre lang auf, bis sie die Fortpflanzungsreife erreichten, und testeten dann ihre Hitzetoleranz.

Wir haben Zuchtversuche für zwei verschiedene Merkmale durchgeführt, entweder für die Toleranz gegenüber kurzer, intensiver Hitzeeinwirkung (Temperaturen 3.5 °C über dem Normalwert für zehn Tage) oder gegenüber einer weniger intensiven, aber langfristigen Einwirkung, wie sie eher für natürliche Hitzewellen im Meer typisch ist (2.5 °C über dem Durchschnitt für einen Monat).

Dadurch konnten wir die Erblichkeit jedes Merkmals und die Reaktion auf selektive Zucht abschätzen sowie feststellen, ob beide Merkmale eine gemeinsame genetische Grundlage haben.

Die Auswahl der Eltern auf hohe statt auf niedrige Hitzetoleranz steigerte die Toleranz ihrer erwachsenen Nachkommen gegenüber beiden getesteten Merkmalen.

Die Heritabilität betrug etwa 0.2 bis 0.3 auf einer Skala von 0 bis 1, was bedeutet, dass etwa ein Viertel der Variabilität der Hitzetoleranz der Nachkommen auf von den Eltern weitergegebene Gene zurückzuführen ist. Mit anderen Worten: Diese Merkmale haben eine wesentliche genetische Grundlage, auf der natürliche und künstliche Selektion wirken kann.

Wir messen den kumulativen Hitzestress und die Hitzetoleranz anhand von Grad-Heizwochen (°C-Wochen), die sowohl widerspiegelt, wie heiß es wird, als auch wie lange. Angesichts der Merkmalsvariabilität, die bei diesen speziellen Korallen festgestellt wurdekönnte die Hitzetoleranz theoretisch innerhalb einer Generation um etwa 1°C-Woche gesteigert werden.

Doch selbst diese Verbesserung könnte nicht ausreichen, um mit den immer intensiveren Hitzewellen Schritt zu halten. Je nach Klimaschutzmaßnahmen wird die Intensität der Hitzewellen in den kommenden Jahrzehnten voraussichtlich um etwa 3°C-Wochen pro Jahrzehnt, schneller als die in unserer Studie erreichte Verbesserung.

Interessanterweise überlebten Korallen, die gezielt auf hohe statt auf niedrige, kurzfristige Stresstoleranz gezüchtet wurden, die lang anhaltende Hitzebelastung nicht besser.

Da kein genetischer Zusammenhang festgestellt werden konnte, ist es plausibel, dass diese Merkmale von unabhängigen Gensätzen bestimmt werden und dass Korallen, die kurze, starke Hitzebelastungen gut überstehen, nicht unbedingt auch die besten Überlebenschancen bei länger anhaltenden Hitzewellen im Meer haben.

Dies hätte wichtige Auswirkungen, denn Arbeiten dieser Art würden von kostengünstigen und schnellen Tests profitieren, mit denen sich hitzetolerante Kolonien für die Zucht effektiv identifizieren lassen. Wenn diese Tests jedoch nicht vorhersagen können, welche Korallenkolonien monatelange Hitzewellen überleben werden, stellt dies eine ernsthafte Herausforderung dar.

Ausweitung der selektiven Züchtung

Da es möglich ist, Korallen gezielt zu züchten, um sie hitzebeständiger zu machen, besteht der nächste Schritt darin, groß angelegte Versuche in freier Wildbahn durchzuführen. Dazu wird es wahrscheinlich erforderlich sein, eine beträchtliche Anzahl selektiv gezüchteter Korallen einzusetzen, vielleicht indem Korallenlarven direkt auf Riffen ausgesät oder in einer Aquakulturanlage gezüchtete Korallen angepflanzt werden.

Damit dies funktioniert, müssen ausgepflanzte Korallen selbst reproduktiv werden und zum Genpool der Wildpopulation beitragen. Dies in sehr großem Maßstab zu erreichen, wird eine Herausforderung sein, aber es ist möglicherweise nicht notwendig, die Korallenbedeckung großer Gebiete wieder aufzufüllen.

Stattdessen könnte es ausreichen, ein Netzwerk aus weniger strategisch platzierten Larvenproduktionszentren zu schaffen, die selektiv gezüchtete Korallen in hoher Dichte enthalten, um den Befruchtungserfolg zu maximieren. Diese Zentren würden zur Besiedlung anderer Riffe dienen und könnten weiteren Brutbestand für gezielte Maßnahmen bereitstellen.

Es bedarf noch viel weiterer Forschung und Entwicklung und viele wichtige Fragen sind noch unbeantwortet.

Wie viele Korallen müssen ausgepflanzt werden, um den gewünschten Effekt zu erzielen? Können wir sicherstellen, dass es keine Kompromisse gibt, die die Populationen gefährden könnten (Beweise bisher deutet darauf hin, dass dies kein großes Risiko darstellt)? Wie können wir eine Verwässerung ausgewählter Merkmale vermeiden, wenn diese in die freie Natur übertragen werden? Wie können wir die Reaktionen auf die Selektion maximieren?

Angesichts der Geschwindigkeit der Erwärmung der Ozeane Optimierung und Implementierung der unterstützten Evolution müssen bald umgesetzt werden, damit sie eine Chance auf Erfolg haben, selbst wenn nur in kleinem Maßstab. Vor allem das Überleben der Korallenriffe hängt nach wie vor von dringenden Klimaschutzmaßnahmen ab.

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