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Dienstag, 27.09.2016
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Korallenriff-Paradoxon gelöst

Mikroorganismen spielen wichtige Rolle bei der Fixierung von Nährstoffen

Wimmelnde Lebensgemeinschaften in nährstoffarmem Wasser – wie ist das möglich? In Korallenriffen liefern Mikroorganismen eine Lösung für dieses Paradoxon, haben Meeresbiologen herausgefunden: Bakterien fixieren so effizient den raren Stickstoff für die Korallen, dass diese mit weiterer Hilfe von Mikroalgen das ganze Jahr hindurch wachsen können – selbst wenn die Nährstoffe besonders knapp werden. Die Studie in den "Proceedings of the Royal Society B" verdeutlicht, wie stark solche wichtigen Wachstumsprozesse miteinander verknüpft sein können.
Steinkorallen-Fragmente für Inkubationsexperimente zur Kohlenstoff- und Stickstoff-Fixierung

Steinkorallen-Fragmente für Inkubationsexperimente zur Kohlenstoff- und Stickstoff-Fixierung

Tropische Korallenriffe sind die artenreichsten Lebensräume auf unserem Planeten: Neben den Korallen, die die Riffe wachsen lassen, leben dort auch unzählige Fische, Krebse und Weichtiere. Doch dieses wimmelnde Leben stellt Wissenschaftler vor ein Rätsel: Die Meeresgebiete, in denen die tropischen Riffe beheimatet sind, sind extrem arm an Nährstoffen. Besonders der lebenswichtige Stickstoff ist dort ein absolutes Mangelelement. Schon Charles Darwin formulierte 1842 dieses sogenannte Riff-Paradoxon. Wie also ernähren sich die blühenden Lebensgemeinschaften am Riff in diesen kargen Regionen?

Mikro-Ökosysteme in der Koralle


Um diese Frage zu beantworten, haben sich Meeresbiologen unter der Leitung von Christian Wild von der Universität Bremen die Lebensgemeinschaften am Korallenriff genauer angeschaut – genauer gesagt, Gemeinschaften innerhalb dieses Ökosystems: Korallen sind zwar Tiere, aber in ihrem Gewebe leben so viele verschiedene Mikroalgen und Bakterien, dass eigene Mikro-Ökosysteme darstellen.

Diese sogenannten Holobionten sind mit Hilfe ihrer mikrobiellen Mitbewohner in der Lage, für andere Tiere völlig untypische Dinge zu vollbringen: Besonders wichtig ist die Photosynthese der Mikroalgen, über die sie Kohlenstoff fixieren. Mit Hilfe von Lichtenergie entsteht so organisches Material was den Korallen extrem hohe Wachstumsraten ermöglicht. So produzieren die Holobionten Biomasse und liefern gleichzeitig Nahrung für andere Organismen im Lebensraum Korallenriff.


Eine der untersuchten Korallenarten, die Griffelkoralle Stylophora, mit geöffneten Polypententakeln bei Nacht

Eine der untersuchten Korallenarten, die Griffelkoralle Stylophora, mit geöffneten Polypententakeln bei Nacht

Zehnmal mehr Fixierung bei größtem Stickstoff-Mangel


Um Stickstoff zu fixieren, arbeiten Pflanzen an Land ebenfalls eng mit Mikroorganismen zusammen – könnten also ähnliche Prozesse, also die gleichzeitige Stickstofffixierung durch Bakterien und Kohlenstofffixierung durch Mikroalgen, das Korallenriff-Paradoxon lösen? Wild und sein Team untersuchten diese Frage an den vorherrschenden Steinkorallen aus einem Korallenriff im nördlichen Roten Meer vor der Küste Jordaniens. Das Besondere an diesem Standort ist eine starke Schwankung der Nährstoffkonzentrationen im Wasser zwischen den Jahreszeiten.

Überraschenderweise fixierten alle Korallen jedoch konstant das gesamte Jahr hindurch Kohlenstoff. Das galt sogar für den Sommer, wenn besonders wenige Nährstoffe vorhanden waren. Der Schlüssel dazu liegt offensichtlich in der Stickstofffixierung durch Mikroorganismen. Messungen zeigten, dass diese im Sommer ungefähr zehnmal so stark abläuft wie zu anderen Jahreszeiten.

Das ganze Riff profitiert von verzahnten Prozessen


Dies deutet daraufhin, dass die Korallen so den Stickstoffmangel überwinden: Die Bakterien in den Lebensgemeinschaften der Holobionten fixieren auch die geringen vorhandenen Mengen Stickstoff und machen den Nährstoff verfügbar. Davon profitieren letztendlich nicht nur die Korallen, sondern das ganze Riff.

Die Studie verdeutlicht, wie die einzelnen Prozesse der unterschiedlichen Korallenbewohner miteinander verzahnt sind. Außerdem zeigt sich, dass die wichtige Rolle von Mikroorganismen in diesem Zusammenhang bisher unterschätzt wurde. Die Erkenntnisse liefern eine neue wichtige Erklärung für das Darwinsche Riffparadoxon. (Proceedings of the Royal Society B, 2015; doi: 10.1098/rspb.2015.2257)






Eine der untersuchten Korallenarten (die Griffelkoralle Stylophora) mit geöffneten Polypententakeln bei Nacht
One of the investigated coral colonies (species: Stylophora pistillata) with erected polyp tentacles at night
"Foto: Dr. Ulisse Cardini"
(Universität Bremen, 30.10.2015 - AKR)
 
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