Viele Korallenriffe sind in ihrer Existenz bedroht. Es ist vor allem der Mensch, der diese sensiblen Biotope nachhaltig stört. Deshalb gehen immer mehr Länder dazu über, die Korallenriffe in ihren Gewässern durch gezieltes Riffmanagement unter Einsatz moderner Molekularbiologie zu schützen.

Korallenriffe sind bei Tauchern und Schnorchlern sehr beliebt, denn diese eigenwillige Welt unter der Wasseroberfläche fasziniert den Betrachter durch ihren Reichtum an Arten und Formen. Aufgrund dieser Vielfalt gelten Riffe neben den tropischen Regenwäldern als besonders produktive biologische Ökosysteme. Die verschiedenen Lebewesen sind durch ein enges und vielfach verknüpftes ökologisches Beziehungsgeflecht miteinander verbunden. Darin bilden die Korallen neben Schwämmen und anderen Tieren sowie Pflanzen, wie zum Beispiel den kalkabscheidenden Algen, die wichtigste Organismengruppe, denn sie geben mit ihren Kalkskeletten dem jeweiligen Riff seine Form und Struktur.

Als riffbildend ragen aus den verschiedenen Korallenarten vorwiegend die Steinkorallen heraus. Sie gehören wie die Anemonen und Weichkorallen zu der großen Gruppe der Blumentiere (Anthozoa). Meist leben sie in einer Gemeinschaft (Symbiose) mit einzelligen Algen, den sogenannten Zooxanthellen. Diese erlauben es ihnen, die Ausscheidung von Calciumcarbonat (Kalk) um ein Vielfaches zu beschleunigen, indem sie die Stoffwechselrate erhöhen. Steinkorallen sind jedoch nur dann fähig, Riffe zu bilden, wenn die durchschnittliche Wassertemperatur ihrer Umgebung nicht unter 20 Grad Celsius fällt und für die Zooxanthellen ausreichend Licht zur Photosynthese vorhanden ist. Aufgrund dieser Einschränkungen wachsen Korallenriffe hauptsächlich in den ersten 10 bis 20 Metern der tropischen und subtropischen Meere.

Für das Leben in Küstennähe haben Riffe große Bedeutung. So sichern sie als Wellenbrecher den Erhalt vieler Inseln, wie zum Beispiel auf den Malediven. Darüber hinaus gewinnen Korallen zunehmend an Wert als Rohstoffquelle für die Gewinnung bestimmter bioaktiver Substanzen, zum Beispiel der neuroprotektiven Verbindung Sarcophytolid, die wir aus der Weichkoralle Sarcophyton glaucum gewonnen haben.

Allerdings sind viele Korallenriffe heute, da selbst abgelegene Küstenabschnitte touristisch erschlossen und zugebaut werden, massiv bedroht; denn die damit verbundenen, hinreichend bekannten Probleme wie die Einleitung von Abwässern oder erhöhten Ablagerungen (Sedimentation) durch Straßen- und Hotelbau haben dazu geführt, daß bereits über 10 Prozent der Riffe durch vom Menschen verursachte (anthropogene) Einflüsse unwiderruflich zerstört und weitere 60 Prozent stark gefährdet sind.


Aktives Riffmanagement



Dieses Problem haben immer mehr Nationen mit Korallenriffgebieten erkannt und Pläne für ein aktives Riffmanagement entwickelt, die sie nun auch zunehmend Realität werden lassen. Ziel dieser Aktivitäten ist es, in den gefährdeten Biotopen ein Gleichgewicht zwischen dem Schutz der Riffe und der Nutzung ihrer Ressourcen zu schaffen. Außerdem sollen die geschädigten Riffareale wieder regeneriert werden. Als Folge davon sind inzwischen in den betroffenen Regionen zahlreiche Parks, Reservate und Schutzzonen entstanden.

Außer den menschlichen können sich allerdings auch natürliche Einflüsse negativ auf den Gesundheitszustand eines Korallenriffs auswirken. Zu diesen Bedrohungen der Natur gehören Fraßfeinde der Korallen wie die Dornenkrone – ein Seestern, der, wenn er sich in Massen vermehrt, ganze Riffe kahlfressen kann – ebenso wie tropische Stürme. Sie sind fähig, das komplizierte Ökosystem eines Korallenriffs in wenigen Sekunden zu zerstören. Derart betroffene Gebiete vermögen sich nur sehr langsam, erst nach mehreren Jahren bis Jahrzehnten wieder zu erholen. Und das auch nur, wenn der Mensch während dieser Zeit nicht negativ in den natürlichen Prozeß der Wiederbesiedelung eingreift, wie das Beispiel der Dornenkrone zeigt: Hier führt vor allem eine Überfischung insbesondere der Drückerfische und das Absammeln von Tritonshörnern (Schnecken) zum Fehlen der natürlichen Fraßfeinde und damit zu einer Vergrößerung der Population. Gerade das Tritonshorn aber gilt in einigen Ländern mit belasteten Riffgebieten leider immer noch als sehr beliebtes Souvenir.

Häufig ist die Regeneration eines vom Menschen geschädigten Biotops ohne vom Menschen entwickelte und durchgeführte Steuerungen nicht oder kaum möglich. Durch entsprechende Vorschriften und Regeln, aber auch durch ein gezieltes Riffmanagement kombiniert mit Rehabilitationsmaßnahmen kann der Mensch auch zur Wiedergenesung der Korallenriffe beitragen. Dazu ist es allerdings zunächst notwendig, die Verursacher der anthropogenen Belastungen und deren Auswirkungen auf das Riff festzustellen. Deshalb müssen sowohl die physikalischen Einflüsse, etwa durch Sedimentation und Dredgen (Grundschleppnetze) oder durch den Auf- und Ausbau von Häfen und Gebäuden, sowie chemische Faktoren wie Abwässer analysiert und bewertet werden.

Um einen exakten Überblick über die Belastungen eines Riffs zu gewinnen, bieten sich zudem – möglicherweise sogar bevorzugt – Analysen mittels Biomarkern an. Diese messen den Einfluß der physikalischen und chemischen Faktoren anhand physiologischer und biochemischer Reaktionen. Aufbauend auf den daraus gewonnenen Ergebnissen können die belasteten oder schon geschädigten Riffe dann gezielt wiederaufgeforstet werden.

Forschergruppen aus vier Ländern suchen in dem durch die Europäische Union finanziell unterstützten Projekt "Damage of Coral Reefs by Recreational Activities: Restoration Strategies and the Development of Novel Markers for Environmental Stress" nach geeigneten Strategien zum Schutz der Korallenriffe. Die Aufgaben sind verteilt: Baruch Rinkevich und seine Mitarbeiter vom National Institute of Oceanography in Haifa (Israel) erforschen die Züchtung von geschlechtlichen Jungtieren und ungeschlechtlich gezogenen Schößlingen. Die Arbeitsgruppe der Universität Amsterdam um Ralf P.M. Bak in Texel (Niederlande) analysiert das Biotop. Hussein K. Badawi und sein Team vom National Institute of Oceanography and Fisheries in Kairo (Ägypten) führen die Freilanduntersuchungen durch, und wir am Institut für Physiologische Chemie der Universität Mainz entwickeln molekulare Biomarker und testen ihre Anwendung. Für die Untersuchungen im Freiland wurden die Tauchparadiese bei Hurghada und Ras Mohammed in Ägypten ausgewählt.


Biomarker zum Nachweis von Umweltstreß



Obwohl Korallen und die von ihnen gebildeten Riffe für (Tauch-)Touristen sehr attraktiv sind und dementsprechend häufig besucht werden, ist noch relativ wenig darüber bekannt, wie die Korallen auf diesen Umweltstreß reagieren. Bisher fehlten nämlich geeignete Biomarker, um derartige Belastungen zu messen und zu bewerten. Deshalb beschritten wir bei der Entwicklung der molekularen Biomarker völlig neue Wege. Als Untersuchungsobjekt diente uns die Weichkoralle Dendronephthya klunzingeri. Ihre Erbinformation wurde gentechnisch kopiert (Klonierung). Dabei ist es uns gelungen, aus einer Koralle einen einsträngigen Erbinformationsträger, die Boten-RNA (Ribonukleinsäure), zu gewinnen. Daraus wurde die komplementäre Desoxyribonukleinsäure (DNA) erzeugt und in Bakterien überführt. Auf diese Weise entstand eine Gen-Bibliothek, aus der anschließend eine geeignete komplementäre DNA ausgewählt werden mußte. Diese sollte Rückschlüsse auf die Aktivität des ursprünglichen Gens erlauben und anzeigen, durch welche Umweltfaktoren die Weichkoralle wie stark belastet wird.

In parallel hierzu durchgeführten Untersuchungen, gefördert durch das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft, Forschung und Technologie (BMBF), hatten wir unterdessen herausgefunden, daß sich vor allem die sogenannten Hitzeschockproteine (HSP) als Indikatoren für Umweltstreß eignen. Diese speziellen Eiweißmoleküle sorgen für die korrekte Faltung sämtlicher Proteine während ihres Aufbaus. Wirken jedoch Stressoren auf die betreffenden Zellen, Organe oder Individuen ein, hemmen oder verhindern sie die Entfaltung der fertigen Proteine. Ihrem jeweiligen Molekulargewicht entsprechend werden Hitzeschockproteine in verschiedene Klassen eingeteilt. Bei Schwämmen und Fischen hat sich zum Beispiel ein HSP der Gewichtsklasse 70 (das heißt ein 70-Kilodalton-Protein) als sicherer Marker für die Einwirkung von Schwermetallen und polychlorierten Biphenylen erwiesen. Bei Korallen ist das HSP90 ein empfindlicher molekularer Marker auf Umweltstreß.

Zunächst führten wir die Versuche mit der Weichkoralle Dendronephtya klunzingeri in Aquarien durch. Dabei stellte sich heraus, daß die Menge an Boten-RNA für HSP90 sowohl nach thermischem Streß als auch bei Belastung mit Schwermetallen stark ansteigt. Entsprechende Experimente im Freiland bestätigen diese Ergebnisse. Nach diesem erfolgreichen Beginn werden jetzt weitere Streßmarker aus der Gen-Bibliothek der Koralle kloniert und auf ihre Tauglichkeit als Biomarker untersucht. Inzwischen befinden sich auch die Gene für die Vielfach-Resistenz und ein weiteres Streß-Protein (mit der Nomenklatur 14-3-3) in der Prüfung.

Parallel zu diesen molekularen Untersuchungen werden an den ausgewählten Riffen um Hurghada und Ras Mohammed die vorhandenen Korallenarten in Karten erfaßt und ihre Populationsdichten bestimmt. Ziel dieser Untersuchungen ist es, einen Zusammenhang zwischen der Populationsdichte beziehungsweise der Artenvielfalt und den unterschiedlichen Belastungen an den jeweiligen Standorten herzustellen.

Korallen, besonders die Steinkorallen, können ausgezeichnet regenerieren. Diese Fähigkeit machen sich die am Projekt beteiligten Forscher zunutze, um in Aquarien kleine Fragmente ausgewählter Korallenarten zu größeren Stöcken zu kultivieren und sie anschließend im Freiland wieder auszusetzen. Dort sollen diese Transplantate dafür sorgen, daß sich weitere Korallenarten ansiedeln. Für dieses Vorhaben wurde im National Institute of Oceanography and Fisheries in Hurghada eigens eine Züchtungsanlage erbaut. Die dort herangezogenen, sexuell entwickelten Larven und Jungtiere werden in unterschiedlich belasteten Regionen des Riffs angesiedelt, indem ganze Korallenstöcke, die gerade Keimzellen oder Larven abgeben, dorthin verbracht werden. Alternativ können auch mit Planktonnetzen eingefangene Larven an den jeweiligen Orten wieder ausgesetzt werden.

Das hier vorgestellte EU-Forschungsprojekt hat bereits bis heute wichtige Erkenntnisse für eine effiziente Umweltüberwachung von belasteten Korallenriffen erbracht und neue Strategien zu deren Wiederherstellung aufgezeigt. Wir haben die begründete Hoffnung, daß wir in den verbleibenden knapp zwei Jahren der Forschungsförderung – dank der guten Zusammenarbeit mit unseren ägyptischen Kollegen – im Biotop weitere sichtbare Erfolge erzielen können, die der Erhaltung der Korallenriffe dienen.


Aus: Spektrum der Wissenschaft 2 / 1999, Seite 953
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