Symbiodinium und die Partnerschaft von Koralle und Alge
Wer eine gesunde Korallenkolonie gegen das Licht hält, betrachtet nicht bloß ein einzelnes Tier. In fast jeder Zelle dieser Koralle leben unzählige einzellige Algen, so dicht gedrängt, dass sie dem Gewebe seinen warmen braunen, goldenen oder grünlichen Ton verleihen. Diese Algen, gemeinhin Zooxanthellen genannt und von der Dinoflagellaten-Familie Symbiodiniaceae bestimmt, sind der Grund, weshalb ein Korallenriff überhaupt bestehen kann. Die Partnerschaft zwischen einem einfachen Tier und einer photosynthetisch arbeitenden Mikrobe zählt zu den folgenreichsten Beziehungen im Meer, und wer sie versteht, begreift zugleich die enorme Produktivität der Riffe und ihre Verletzlichkeit in einem sich erwärmenden Ozean.
Die Alge im Tier
Zooxanthellen sind keine Pflanzen im alltäglichen Sinn, sondern photosynthetische Dinoflagellaten, eine Gruppe überwiegend frei lebender mariner Kleinstlebewesen. In Korallen siedeln sie sich im Inneren der Zellen der Gastrodermis an, jener inneren Gewebeschicht, die den Verdauungsraum auskleidet. Dort sind sie vor Fressfeinden geschützt und von einem stabilen chemischen Milieu umgeben. Die Gattung, die man früher schlicht Symbiodinium nannte, versteht man heute als ganze Familie mit mehreren eigenständigen Gattungen, darunter Cladocopium und das auffallend hitzetolerante Durusdinium. Diese Neuordnung war das Ergebnis jahrelanger genetischer Arbeit, die zeigte, dass ein scheinbar einheitlicher Organismus in Wahrheit eine vielfältige Verwandtschaft mit sehr unterschiedlicher Physiologie ist.
Eine einzelne Koralle beherbergt oft mehrere Symbiontentypen gleichzeitig, und diese Mischung kann sich mit der Zeit verschieben. Diese Beweglichkeit ist bedeutsam, denn verschiedene Algen vertragen unterschiedliche Bedingungen von Licht und Temperatur, und die Gemeinschaft, die eine Koralle trägt, beeinflusst, wie gut sie mit Stress umgeht.
Korallen erben diese Partner nicht selbstverständlich. Manche Arten geben eine Startpopulation von Algen unmittelbar in ihre Eier weiter, sodass die Jungtiere das Leben bereits ausgestattet beginnen, ein Weg, den Biologen vertikale Übertragung nennen. Viele andere entlassen Eier und Larven gänzlich ohne Symbionten und müssen sich diese in den ersten Lebenswochen aus dem umgebenden Meerwasser holen, indem sie frei lebende Algen in ihr Gewebe aufnehmen und jene Stämme auslesen, die am besten zu ihnen passen. Diese frühe Anwerbung prägt, welche Symbionten eine Koralle jahrelang tragen wird, und sie ist ein Grund, weshalb sich die Partnerschaft nach einem Verlust neu knüpfen lässt und keine ein für alle Mal festgelegte Bindung ist.
Ein Handel in Zucker
Das Herzstück der Beziehung ist ein Tausch. Die Algen fangen Sonnenlicht ein und binden durch Photosynthese gelöstes Kohlendioxid zu energiereichen organischen Verbindungen: einfache Zucker, Glycerin, Aminosäuren und Fette. Ein großer Teil dieser Photosyntheseprodukte wird unmittelbar an die Wirtskoralle abgegeben, die damit Atmung, Wachstum und den Aufbau ihres Kalkskeletts bestreitet. Bei vielen Korallen des Flachwassers liefern die Algen den weitaus größten Anteil des täglichen Energiebedarfs des Tieres, weit mehr, als die Koralle je durch das Fangen von Plankton mit ihren Tentakeln gewinnen könnte.
Im Gegenzug bietet die Koralle den Algen ein sicheres Zuhause und einen steten Nachschub jener Rohstoffe, die die Photosynthese verlangt. Die stickstoff- und phosphorreichen Stoffwechselabfälle des Tieres werden zum Dünger für seine Untermieter, und das ausgeatmete Kohlendioxid speist deren Kohlenstoffbindung. Es ist ein geschlossener, sparsamer Kreislauf: Nährstoffe, die sonst verloren gingen, werden in denselben wenigen Zellen immer wieder verwertet.
Riffbau in der Nährstoffwüste
Dieser Austausch löst ein Rätsel, das Naturforscher lange beschäftigte. Tropische Riffe gedeihen in einigen der klarsten, blausten und nährstoffärmsten Gewässer der Erde, in Meeren, die so karg sind, dass sonst kaum etwas dort in Fülle wächst. Wie können die reichsten Ökosysteme des Ozeans ausgerechnet in einer marinen Wüste liegen?
Die Antwort ist die Symbiose. Weil das Sonnenlicht in der Tiefe rasch schwächer wird, hält der auf Photosynthese angewiesene Riffbau die meisten Korallen in den lichtdurchfluteten oberen Metern, wo genug Licht die Algen erreicht; das erklärt, warum die üppigsten Riffe sich in klarem, flachem Wasser drängen. Indem die Partnerschaft von Koralle und Alge Nährstoffe intern wiederverwertet und Energie unmittelbar aus dem Sonnenlicht bezieht, umgeht sie die Armut des umgebenden Wassers. Korallen werden gleichsam zu selbstdüngenden Sonnenkollektoren. Diese innere Ökonomie erlaubt es ihnen, Kalziumkarbonat rasch genug abzulagern, um jene gewaltigen dreidimensionalen Bauwerke zu errichten, die einem Viertel aller Meeresarten Zuflucht bieten. Nimmt man die Algen fort, stockt das ganze Getriebe; die Koralle kann eine Weile von gefangenem Plankton leben, aber sie baut kein Riff mehr in annähernd gleichem Tempo.
Woher die Farbe kommt
Die braunen, goldenen und olivfarbenen Töne eines lebenden Riffs sind größtenteils die Farbe der Symbionten selbst und der photosynthetischen Pigmente, die sie tragen. Die Korallen bilden auch eigene fluoreszierende und farbige Proteine, die die Algen vor zu viel Licht abschirmen können und manchen Arten ihr leuchtendes Blau und Rosa verleihen, doch der alltägliche Grundton der meisten riffbildenden Korallen geht auf die Dichte der Algen im Gewebe zurück. Deshalb wird eine gebleichte Koralle schroff und papieren weiß: Sind die pigmentierten Algen verschwunden, bleibt nur das durchscheinende Gewebe der Koralle sichtbar, über ihr weißes Skelett gespannt.
Wenn die Partnerschaft zerbricht
Die Symbiose ist kräftig, aber auch fein austariert, und Hitzestress ist ihr Hauptfeind. Steigt die Wassertemperatur auch nur um etwa ein Grad über das örtliche Sommermaximum und bleibt sie über Wochen dort, beginnt die Photosynthese in den Algen zu versagen. Der Lichtsammelapparat erzeugt reaktive Sauerstoffmoleküle schneller, als beide Partner sie unschädlich machen können. Statt diesen inneren chemischen Schaden zu ertragen, stößt die Koralle ihre Algen aus, oder die Algen zerfallen und gehen verloren. Das Gewebe wird durchsichtig, das weiße Skelett scheint hindurch, und man sagt, die Koralle sei gebleicht.
Bleiche bedeutet für sich genommen noch nicht den Tod. Eine gebleichte Koralle lebt noch, hat aber den Partner verloren, der den Großteil ihrer Nahrung liefert. Kehren kühlere Verhältnisse rasch zurück, können Korallen erneut von Algen besiedelt werden und sich erholen. Hält die Hitze an, schwächt die hungernde Koralle, wird anfällig für Krankheiten und stirbt womöglich schließlich ab. Massenbleichen, ausgelöst durch marine Hitzewellen über ganze Regionen hinweg, sind zur prägenden Bedrohung der Riffe weltweit geworden, und ihre Häufigkeit nimmt mit der Erwärmung des Ozeans zu.
Vielfalt, Umbesetzung und die Grenzen der Widerstandskraft
Nicht alle Symbionten reagieren gleich auf Hitze, und darin liegt ein Anlass zu vorsichtiger Hoffnung. Manche Linien, besonders bestimmte Vertreter von Durusdinium, vertragen höhere Temperaturen als andere. Nach einem Bleichereignis kann eine Koralle von einer hitzetoleranteren Algenmischung neu besiedelt werden, ein Vorgang, den man mitunter Symbiontenwechsel nennt und der die künftige Wärmeschwelle der Kolonie anheben kann.
Doch es gibt einen Preis. Die widerstandsfähigeren Symbionten liefern dem Wirt oft weniger Photosyntheseenergie, sodass eine hitzeresistentere Koralle langsamer wachsen mag. Widerstandskraft durch Symbiontenvielfalt ist real, aber unvollständig; sie kann den Korallen Zeit verschaffen, keine Unverwundbarkeit. Die zugrunde liegende Rechnung bleibt ernüchternd, denn das Tempo der Ozeanerwärmung kann jenes übertreffen, in dem sich Riffe anpassen. Die Partnerschaft zu schützen heißt letztlich, den Hitzestress zu begrenzen, der sie zerreißt, und zugleich Verschmutzung und mechanische Schäden zu verringern, die die Erholung erschweren.
So verstanden ist ein Korallenriff weniger eine Mauer aus Stein als eine lebendige Zusammenarbeit, ein Waffenstillstand zwischen Tier und Alge, in jeder Zelle und an jedem Tag erneuert, solange das Wasser kühl genug bleibt, um ihn zuzulassen. Die Gesundheit des Riffs ist die Gesundheit dieses Waffenstillstands.
Auf der Karte
Die interaktive Karte lässt dich verfolgen, wo diese Partnerschaften gedeihen und wo sie unter Druck geraten. Durchstöbere die Riffprovinzen der Welt, vom Korallendreieck bis in die Karibik, und sieh, wie sich Muster des Warmwasserstresses mit den großen Riffsystemen überlagern. Jeder Tauchplatz ist ein Ort, an dem sich die Partnerschaft von Koralle und Alge in Echtzeit abspielt, und die Karte hilft zu planen, wo man sie erleben kann, oder zu verfolgen, wie der wärmer werdende Ozean sie auf die Probe stellt.