170-181_Korallen als Ingenieure von Warm- und Kaltwasserriffen

7/31/2019 170-181_Korallen als Ingenieure von Warm- und Kaltwasserriffen

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Korallen alsIngenieure von Warm-und Kaltwasserriffen

Ein Leben im ber luss, ein Meer aus Formen und Farben, so muss Jacques Cou-steau, dem berhmten ranzsischen Meeres orscher, die Welt der Korallenri e vor50 Jahren erschienen sein. Und so kann sie sich uns auch heute noch zeigen, nurleider nicht mehr in dem ber luss wie rher, denn knapp ist der Lebensraum Ri geworden. Noch geheimnisvoller erscheint uns die Welt der Kaltwasserkorallen,in den Tie en der Meere gelegen, in einer Tie e in der ewige Dunkelheit herrscht.

Nutzen wir also die Chance etwas ber diesen viel ltigen Lebensraum zu er ahrenbevor er mglicherweise rher zerstrt ist als uns lieb ist. Wir beginnen erst allmh-lich zu begrei en, welche Schlsselrolle dabei den Korallen selbst zu kommt, indemsie es sind die das Funktionieren eines Ri s entscheidend beein lussen, und so kannman sie auch die Ingenieure ihres Ri kosystems nennen. Drei wichtige Au gabenkommen ihnen dabei zu, die im Folgenden vorgestellt werden sollen:

Schaffung komplexer LebensrumeWo eine groe Komplexitt an Lebensrumen herrscht, kann sich eine groe Viel altan Organismen ansiedeln. Korallen erreichen durch die Kalkstrukturen, die sie au -bauen, genau das, nmlich eine dreidimensionale, komplexe Raumstruktur. Diesebietet dann Lebensraum r eine groen Anzahl verschiedenster Organismen. Sehrunterschiedlich gebaute Kalkstrukturen im Ri erhhen die Ver gbarkeit von soge-nanntem Hartsubstrat. Solche Ober lchen sind au grund ihrer Stabilitt Grundvor-

Christian Wild & Carin Jantzen

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aussetzung r das Ansiedeln von estsitzenden Lebewesen (und davon gibt es eineaszinierende Flle im Tier- aber auch P lanzenreich), die keine berlebenschance

au sandigen oder schlammigen Untergrund haben. Diese instabilen Bden sind in-olge von Strmungen, Turbulenzen oder tierischer Aktivitt (z.B. grabende Sand-

dollar) stndig in Bewegung. Besonders wichtig ist dabei, dass das Wachstum vonKorallen in Hhe, Breite und Tie e geht, also dreidimensional ist, wogegen die nebenKorallenri en vorkommenden sandigen oder schlammigen Flchen des Meeresbo-dens nur zweidimensional ausgerichtet sind. Vor allem durch den Hhenwuchs ent-stehen Bereiche innerhalb der Kalkstrukturen, die sehr unterschiedlichen uerenBedingungen ausgesetzt sind. Man kann sich beispielsweise vorstellen, dass Wellen-

ein luss sich viel strker au die hher gelegenen Skelettelemente auswirkt alsau die in der Nhe des Meeresbodens gelegenen. Andersherum sind die unterenBereiche aber strker durch au gewirbeltes Sediment (z.B. durch Wellen- oder Tier-bewegung) beein lusst. In gleicher Weise sind unterschiedliche Ri abschnitte durchweitere uere Faktoren, wie z.B. die Lichtver gbarkeit und Strmungsausrichtungund -strke geprgt, welche das Wachstum von bestimmte Organismen rdern oderhemmen knnen. Es ist bekannt, dass eine solche Flle an Kleinstlebensrumen(Habitatdi erenzierung), die Spezialisierung und damit die Viel alt (Biodiversitt) der

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Komplexe Warmwasserri -struktur gebildet von einer

Vie lzahl von zwe igbildendenGeweihkorallen der Gattung

Acropora im sdlichen GreatBarrier Ree , Australien


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tierischen und p lanzlichen Lebewesen rdert. Von Warmwasserkorallenri en wissenwir, dass sie zusammen mit den tropischen Regenwldern die Lebensrume mitder hchsten Biodiversitt au unseren Planeten darstellen. Aber auch die wenigerbekannten Kaltwasserkorallen, die typischerweise in einer Wassertie e von mehrerenHundert Metern leben, sind Ingenieure ihrer Umgebung. Die eintnige, artenarme

2-dimensionale schlammige Ober lche des Meeresbodens der Tie see verwandelnsie in eine komplexe 3-dimensionale Ri struktur mit einer groen Besiedelungs-ober lche und verschiedenen Lebensrumen, die eine hohe Abwechslung anLebensbedingungen bieten. Wir wissen, dass auch hier die tierische Biodiversittextrem hoch ist. Nun haben wir erste wissenscha tliche Beweise, dass dies auch

r die dort lebenden Mikroorganismen zutri t. Die untersuchten, von Korallen ge-scha enen Lebensrume, ihre Skelettober lche und der von ihnen produzierteSchleim (siehe unten), zeigen eine deutlich erhhte Viel alt an Mikroorganismen im

Vergleich zum Umgebungssediment und -wasse r. So leisten auch Kaltwasserko-rallenr i e, wie ihre Verwandten im Warmwasser, einen bedeutenden Beitrag zurglobalen Biodiversitt.

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Beispiel r komplexeKaltwasserri strukturgebildet von den Stein-korallen Lophelia pertusa

und Madrepora oculata imRst Ree , Nordnorwegen


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er gezeigt, dass tglich bis zu knapp 5 l an Schleim pro Quadratmeter Ri ober lcheabgegeben werden knnen. Ein Grossteil dieser gewaltigen Menge an organischem

Material geht so ort in Lsung, dient als Nahrung r e ine Vielzahl von Mikroorganis-men im Ri und wird so durch Bakterien (ber die sogenannte mikrobielle Schlei e)den hheren Glieder de r Nahrungsketten zugnglich gemacht. Unge hr ein Dritteldes abgegeben Schleimes geht jedoch nicht in Lsung, sondern bildet Aggregate,die o t als Schleim den oder netze an den Korallen zu sehen sind. Gezeitenstr-mungen und Wellenbewegung hren zu einem schnellen Abtransport der Schleim-aggregate von den Korallen, so dass diese im Ri wasser treiben. Dabei passiertetwas ganz Entscheidendes: Alle mglichen, dri tenden Partikel aus der Wasser-

sule, z.B. das Zoo- und Phytoplankton (im Wasser schwebende, kleine Tiere undP lanzen) sowie Teile von abgestorbene Organismen he ten sich an die klebrigeSchleimober lche an und erhhen so den Gehalt an organischem Material. Dasenthlt neben Kohlensto auch die die wichtigen Elemente Sticksto und Phosphor,die in den sehr nhrsto armen tropischen Korallenri en o t mangelha t vorhandensind. An die klebrige Ober lche der Korallenschleimaggregate binden aber natrlichauch anorganische Partikel, insbesondere kleine Sandkrnchen, die sich nicht amMeeresboden abgesetzt haben. Dies hrt dazu, dass sich das Gewicht der schlei-

Ab b. 3:

Frisch abgegebeneSchleime ber Geweih-korallen im Great Barrier Ree


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migen Aggregate erhht und diese dann rasch au das Sediment in der Ri laguneabsinken knnen. Dort inden schnelle biologische Abbauprozesse durch Tiere und

Mikroorganismen statt, so dass aus organischem Material sogenannte regenerierteNhrsto e entstehen, also Komponenten wie Ammonium, Nitrat und Phosphat.Diese werden r jegliches neues p lanzliches Wachstum bentigt und inden soEingang in die Nahrungsketten des Ri s. Damit ist der Kreislau abgeschlossen, derbei den Korallen und ihrem abgegeben Schleim ange angen hat. Korallenschleim

unktioniert also als Energietrger und Partikel alle. Man kann sich vorstellen, dassein solcher Mechanismus eine wichtige kologische Funktion er llt: OrganischesMaterial mit den eingeschlossenen Mangelelementen wird im Ri kosystem gehalten.

Und gleichzeitig kann durch die beschriebene Schleim alle auch Material ausdem Umgebungswasser, das normalerweise ein ach ber das Ri hinweg gestrmtwre, r die Ri gemeinscha t gewonnen werden. Inso ern stellt die Abgabe vonSchleimen durch Warmwasserkorallen weniger einen Verlust von organischemMaterial und Nhrsto en dar, als vielmehr einen Mechanismus, um die r Korallen-ri e typische hohe Produktivitt zu ermglichen. Chemisch gesehen bestehen die genannten Schleime aus Kohlenhydratkomplexenmit Protein- und Fettanteilen (Lipiden). Die Zuckerzusammensetzung deutet darau hin, dass die von den Korallen abgegebenen Schleime zu einem groen Teil aus pho-tosynthetisch erzeugten Sto wechselprodukten bestehen, die die Korallen vorhervon ihren symbiotischen, einzelligen Algen bekommen haben. Diese Algen, blicher-weise als Zooxanthellen bezeichnet, besiedeln das Innere der Korallen, ihr Gewebe,in groen Dichten. Sie knnen ber eine Millionen Zellen pro cm Korallenober lcheerreichen.

Spielen also solche von Korallen stammende Schleime auch in Kaltwasserkorallen-

ri en eine Rolle? Inzwischen wissen wir, dass Ka ltwasserkorallen hnliche Mengenan organischem Material wie Warmwasserkorallen in das Umgebungswasser abge-ben knnen. Dies ist verwunderlich, da eben von den Warmwasserkorallen bekanntist, dass die Grundbausteine des abgegebenen organischen Materials, insbeson-dere Zucker, hauptschlich aus der Photosynthese der in ihrem Gewebe lebendenZooxanthellen kommen. Aber Kaltwasserkorallen besitzen diese Symbionten we-gen des mangelnden Lichts nicht. Es scheint also vieles darau hinzudeuten, dassdie Abgabe von Schleimen durch Korallen ein durchgngig verbreiteter Mechanis-

mus ist, um bestimmte kologische Funktionen zu er llen. Denkbar wren hier derSchutz vor Mikroorganismen, die versuchen sich au der Korallenober lche anzu-siedeln (das sogenannte Bio ouling), dem Schutz vor absinkenden Teilchen (demZusanden) und ein mglicher Beitrag zu Nhrsto recyclingprozessen. Schleime,die von Kaltwasserkorallen produziert werden, enthalten relativ viel Sticksto undsind ein attraktives Futter r Bakterien, so dass sie als Transportmittel von Energieund Nhrsto en zwischen Korallen und Mikroorganismen au treten. Es gibt a lso ein

Ab b. 4:

Synchronisierte Massen-

abgabe von Eiernund Spermien durchHartkorallen im AustralischenGreat Barrier Ree

Ab b. 5:

Schleim den zwischeneiner groen Geweihkoralleim nrdlichen Roten Meer


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sehr intensives Zusammenspiel zwischen der Tierwelt und den Mikroorganismen in

Kaltwasserkorallenri en. Untersuchungen dazu wurden am Rst Ri , dem grtenbisher entdeckten Kaltwasserkorallenri vor der Nordkste Norwegens durchge-hrt. Dabei wurde die mikrobielle Aktivitt im Wasser direkt ber dem Ri gemes-

sen, und es scheint, dass das Ri neben der mikrobiellen Viel alt auch die Aktivittder Mikroorganismen rdert. Wir nehmen an, dass de r Grund da r das von Korallenabgegebene organische Material ist, welches sich zum Grossteil im Wasser lst undso sehr schnell ber den Weg der Bakterien zu hheren Gliedern der Nahrungsket-te gelangen kann. So stehen auch Kaltwasserkorallen in dieser Hinsicht ihren Ver-

wandten des Warmwassers in nichts nach. Doch neben den genannten Schleimengeben Korallen auch andere Ar ten von organischem Material ab. So wurde estge-stellt, dass von Korallen stammendes gelstes organisches Material das Wachstumvon Kleinstplankton (das sogenannte Pico- und Nanoplankton) im Wasser anregenkann, und so Energie von den Korallen zu den Mikroorganismen trgt, also wiedereine Wechselwirkung zwischen Tierwelt und Mikroorganismen ermglicht. Danebengibt es in vielen Warmwasserkorallenri en (und mglicherweise auch in Kaltwasser-korallenri en) noch ein weiteres Phnomen, das durch die Abgabe groer Mengen

an organischem Material die Prozesse im Ri e bee in lusst. Das sogenannte CoralSpawning, die synchronisierte, geballte Massenabgabe von Spermien und Eizellendurch Korallen whrend einer oder weniger Nchte im Jahr. Hier wissen wir inzwi-schen, dass durch das Coral Spawning eine ganze Kaskade von Prozessen im Ri ausgelst wird, die letztendlich auch wieder zu einem sehr schnellen Recycling eines Teils des abgegebenen organischen Mater ials, insbesondere die unbe ruchteten Eierund ber lssigen Spermien, hren.

Ab b. 6:

Flecken aus kalkigemSand in einem Saumri desnrdlichen Roten Meers


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Kalkfllung und Einfluss auf die Sediment-Wasser KopplungKorallen gelten zu Recht als die Baumeister der Meere. Durch die Fllung von Ka lk (die Kalzi izierung) in Ihrem Gewebe bauen sie mit Wachstumsraten von wenigenMillimetern bis zu 20 Zentimetern im Jahr Skelette au , die in ihrer Gesamtheit dieschon erwhnten beeindruckenden Ri strukturen bilden. Aber auch andere Lebe-wesen der Korallenri e wie Rotalgen, Muscheln, Schnecken und Seeigel llen groe

Mengen Kalk r ihre Skelette aus Diese Kalk llung beein lusst die Sedimente inner-halb der Ri e, denn de r Tod der kalzi izierenden Organismen und die olgende Ero-sionsprozesse hren dazu, dass der Meeresboden innerhalb der Korallenri e astausschlielich von den, r Korallenri e typischen, Kalksanden bedeckt ist. DieseSande zeichnen sich durch eine recht hohe Korngre aus, und eine Vielzahl von imBoden lebenden Tieren, wie zum Beispiel Wrmer, Krebse und Schnecken, sorgenda r, dass diese groben Sande auch locker bleiben. Das hrt dazu, dass dieRi sande eine hohe Durchlssigkeit r Wasser, also eine hohe Permeabilitt be-

sitzen. Unter bestimmten Strmungsverhltnissen kann so relativ viel Wasser durchdiese Sande lieen. Entsprechende Strmungsverhltnisse, sind typischerweisein lach vorkommenden Warmwasserkorallenri e durch Tidenstrmungen gegebenund treten in den tie en Kaltwasserkorallenri en durch bodennahe Tie enstrmungenau . Ebengerade diese Strmungen und durch Wellen verursachten Wasserverwir-belungen in Warmwasserkorallenri en sind brigens auch da r verantwortlich, dassdie Durchlssigkeit der Korallensande nicht mit der Zeit abnimmt, indem sie dass Ab-

Ab b.7 :

Benthische Kammernwerden eingesetzt,

um den Sto wechselder Mikroorganismen

im Sand zu untersuchen


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unde gibt es auch zu den Sedimenten der Kaltwasserkorallenri e, die vor allem auskalkigen, groben Korallen ragmenten bestehen. Auch hier gibt es eine Kopplung

zwischen Wassersule und den sehr durchlssigen (permeablen) Ri sedimenten,insbesondere auch wegen der o t starken Tie enwasserstrmung, die typisch istr Kaltwasserkorallenri e. Es scheint als wrde das organische Material aus der

Wassersule in den ober lchlichen Sedimentschichten hauptschlich ber normaleSauersto atmung (ermglicht durch eine groe Endringtie en von Sauersto we-gen der hohen Sediment Durchlssigkeit) abgebaut und nicht ber die eigentlich r Tie seesedimente typischen, sauersto reien, sogenannten anaeroben, Prozesse.

ZusammenfassungMan kann also zusammen assen, dass Warm- und Kaltwasserkorallen in dreierleiHinsicht das ganze Ri system entscheidend prgen und modellieren:

Die Scha ung einer komplexen 3-dimensionalen Ri struktur mit entsprechenderLebensraumgliederung (Habitatsdi erenzierung) und Auswirkungen au die gene-relle biologische Vie l alt (Biodiversitt).

Die Abgabe von organischem Material und daraus resultierenden Sto kreislu en.Dies hrt zu einem schnellen Nhrsto recycling, was besonders essentiell rdie nhrsto armen Gewsser der Warmwasserkorallenri e ist, sowie auch po-tentiell r die Kaltwasserkorallenri e der hohen Breiten, die wenig Nahrung ausder Wassersule bekommen.

Die entscheidende Beein lussung der Sedimentober lche durch Kalkskelett bil-dung und nach olgende Fragmentierung. Dies erhht die Durchlssigkeit der Se-dimentoberfche und begnstigt die Kopplung zwischen Wassersule und Sedi-ment, also einen stark erhhten Transport von Wasser und organischem Materialaus der Wassersule in die Sedimente. Diese knnen dann wegen ihrer Durchls-sigkeit und hohen Bevlkerungsdichte an Mikroorganismen als gigantische bio-katalytische Filtersysteme wirken.

Diese Be unde lassen natrlich einige Vergleiche zwischen den kosystemen Warm-und Kaltwasserkorallenri zu und illustrieren gleichzeitig die Komplexitt der Pro-zesse und Zusammenhnge innerhalb der Korallenri e, sowie die weitreichendenRckkopplungse ekte alls eine Komponente in ihrer Funktion eingeschrnkt ist.

Vieles scheint von den Korallen selbst auszugehen, sie und nicht uere Fak torensind entscheidend r das Funktionieren des kosystems verantwortlich. uereFaktoren, insbesondere natrlich die durch den Menschen verursachten, knnensich aber au den Erhalt des gesamten kosystems auswirken. Das htte schwer-wiegende Auswirkungen, denn wir angen erst an zu verstehen wie wertvoll Korallen-ri e vor allem als Reservoir der biologischen Viel alt aller marinen Organismengrup-pen und der begleitenden sto lichen Viel alt sind.

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