Tief unter dem östlichen tropischen Pazifik liegt eine hügelige Landschaft aus schillernden Korallenriffen, die von photosynthetischen Algen gefärbt werden. Aus ihnen beziehen die Korallen ihre Energie. Doch Anfang der 1980er Jahre führte eine durch das Klimaphänomen El Niño verursachte Hitzewelle zu einer rekordverdächtigen Massenbleiche, die mehr als 90 Prozent dieser Korallen blass und leblos weiß färbte. Die Algen, die seit Millionen von Jahren in den Korallen gediehen waren, konnten in ihnen nicht mehr überleben.

Starke El-Niño-Ereignisse erwärmten dieselben pazifischen Gewässer in den späten 1990er Jahren und erneut in den Jahren 2015 und 2016. Diese Male stellten Forschende aber fest, dass die Hitzewellen die Riffe nicht so stark beeinträchtigten wie beim ersten Mal. Bei einem Tauchgang nach dem letzten solcher Ereignisse sah die Meeresbiologin Ana Palacio von der Universität Miami, dass einige der Korallen dem Ausbleichen zu widerstehen schienen oder sich sogar davon erholten. Vielleicht, so dachte Palacio, haben sie einen Weg gefunden, sich anzupassen.

Viele erwachsene Korallen sind an die Riffe gebunden, die sie aufbauen. Sie können nicht in kühlere Gewässer schwimmen, was sie besonders anfällig für den Klimawandel macht. Allerdings sind auch Korallen widerstandsfähig – und Forschende haben ein paar ihrer Anpassungsstrategien entdecken können. Einige Korallen tauschen ihre Algenmieter gegen hitzeresistentere Arten aus. Andere können mit winzigen Haaren auf ihrem Körper überschüssigen und schädlichen Sauerstoff, der von gestressten Algen freigesetzt wird, »wegfächeln«. Und bestimmte Babykorallen verändern ihren eigenen Stoffwechsel, um der Erwärmung des Wassers zu trotzen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hoffen, die Korallenriffe als wichtigen Anker des Ökosystems schützen zu können, wenn sie solche natürlichen Anpassungsstrategien identifizieren.

Als Palacio und ihr Team die Korallenriffe nach der Hitzewelle der Jahre 2015 und 2016 untersuchten, stellten sie fest, dass bestimmte Korallen namens Pocillopora – die wichtigste riffbildende Korallenart im östlichen tropischen Pazifik – die Algen, die sich normalerweise in ihnen befinden, ausgestoßen hatten. Stattdessen hatten sie andere Arten aufgenommen, die die Hitze besser vertragen.

»Sie fangen an, ihre [Algen-]Gemeinschaft zu verändern, wenn das Wasser immer wärmer wird. Sie vergesellschaften sich mehr und mehr mit diesem thermotoleranten Algensymbionten namens Durusdinium glynnii«, erklärt Palacio. Der Name dieser Art leitet sich vom lateinischen Wort durus ab, was so viel wie »rau« oder »zäh« bedeutet. Die meisten symbiotischen Algen produzieren bei Hitzestress toxische Sauerstoffmengen und zwingen damit die Korallen, sie zu vertreiben. Aber Durusdinium hält die Werte erträglich.

Doch die Korallen verlassen sich nicht immer auf ihre Algengäste, um übermäßigen Sauerstoff zu vermeiden; manchmal nehmen sie die Dinge auch selbst in die Hand. Beispielsweise können Reihen von Flimmerhärchen – winzige, haarähnliche Fortsätze – wie das persönliche Belüftungssystem der Korallen wirken, indem sie überschüssigen Sauerstoff an diejenigen Stellen leiten, an denen er fehlt.

Im Jahr 2022 wiesen die Meeresbiologen Cesar O. Pacherres und Soeren Ahmerkamp, damals an der Universität Bremen, nach, dass diese schnell schlagenden Flimmerhärchen mikroskopisch kleine Strudel im Wasser erzeugen, die Sauerstoff herumwirbeln und verhindern, dass er sich an einer Stelle in schädlichen Mengen ansammelt. Alle Korallen verfügen über dieses Belüftungssystem, aber wie stark sie es nutzen, kann von Art zu Art variieren. Die Wissenschaftler wollen nun untersuchen, ob und wie einige gefährdete Korallenarten – wie die im Great Barrier Reef – ihre Flimmerhärchen als Reaktion auf höhere Temperaturen schneller schlagen lassen.

Außerdem sind Korallen nicht immer an einen Ort gebunden; ihre Larven schwimmen frei durch den Ozean, bevor sie sich ansiedeln. Für eine Art bietet das entscheidende Möglichkeiten, in günstigere Gewässer zu wechseln oder ihre hitzetoleranten Gene zu verbreiten. Aus diesem Grund interessiert sich Ariana Huffmyer, Meeresbiologin an der University of Washington, besonders dafür, wie sich Babykorallen an höhere Temperaturen anpassen. Sie und Forschende des Hawai'i Institute of Marine Biology haben kürzlich gezeigt, dass Korallenlarven, die im Labor nur drei Tage lang warmem Wasser ausgesetzt waren, ihren eigenen Stoffwechsel ändern, um mit dem Hitzestress fertig zu werden und ein Ausbleichen zu vermeiden.

Korallen versorgen ihre ansässigen Algen in der Regel mit einer geringen Menge Stickstoff und erhalten im Gegenzug Kohlenstoff, den sie als Energiequelle nutzen. »Um das Überleben [der Algen] zu sichern und dem Wirt die benötigten Nährstoffe zu liefern, gibt es eine wirklich komplizierte, delikate und sehr komplexe Ernährungsbeziehung zwischen Alge und Koralle«, sagt Huffmyer. Unter Stress produzieren die Korallen zu viel Stickstoff. Dieser Überschuss führt dazu, dass die Algen auf Hochtouren laufen und sich noch häufiger teilen. Dabei horten sie den Kohlenstoff und halten ihn von ihren Wirten fern. Huffmyer entdeckte, dass Babykorallen, die kurzzeitig Hitzestress ausgesetzt sind, lernen, den überschüssigen Stickstoff für sich zu behalten und nicht zu viel mit den Algen zu teilen, sodass eine stabile Symbiose erhalten bleibt.

Pacherres gibt zu bedenken, dass solche Anpassungen einen Organismus nur bis zu einem gewissen Grad schützen können. »Sie sind in der Lage, bestimmten Dingen Widerstand zu leisten, aber darüber hinaus können sie nicht mehr viel tun. Wenn es zum Beispiel heiß ist, können wir [Menschen] schwitzen, um die Hitze zu lindern. Aber wenn es zu heiß wird, sterben wir«, sagt er. »An einem bestimmten Punkt reicht Schwitzen nicht mehr aus.«

Aber was auch immer Korallen tun, um sich gegen Hitze zu schützen – es kann Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dabei helfen, Schutzstrategien für sie zu entwickeln. Babykorallen, die dem Stress standhalten können, sind besonders wichtig für die Erhaltungsbemühungen, da sie zwischen Riffen wandern und möglicherweise hitzetolerante Gene an neuen Orten weitergeben können. »Die Larven dieser Riffe sind bereits bis zu einem gewissen Grad an steigende Temperaturen angepasst. Wir müssen sie also schützen, weil sie in gewisser Weise ein Anhaltspunkt für die Zukunft sind«, sagt Madhavi Colton, eine Wissenschaftlerin, die bei der gemeinnützigen Coral Reef Alliance wissenschaftlich fundierte Strategien zur Rettung von Korallen erforscht.

Natürliche Anpassungsstrategien der Korallen können auch bei direkten Eingriffen helfen, zum Beispiel bei der Stresshärtung von Korallen in Aufzuchtstationen, bevor sie wieder in die Riffe gepflanzt werden. »Man muss Korallen züchten, die mit einer größeren Wahrscheinlichkeit überleben werden als die Korallen, die zuvor gestorben sind«, sagt Palacio. Wenn es den Forschenden gelingt, die Korallen dazu zu bringen, dass sie hitzeresistente Algen annehmen, oder wenn sie Gene aktivieren, die mit Hitzestress umgehen können, erhöht dies die Chance der Korallen, eine künftige Hitzewelle zu überleben.

»Wenn man taucht und ein wunderschönes, gesundes Riff mit diesen bunten Korallen sieht ... spüre ich immer noch diese Euphorie, in dieser völlig fremden Unterwasserwelt zu sein«, sagt Huffmyer. »Es ist schwer, nach einem Ausbleichen zurückzukehren und alles tot zu sehen. Aber das motiviert einen, seine eigenen Fähigkeiten und Leidenschaften einzusetzen, um zu helfen.«