16. Januar 2019 Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

Gemeinsame Pressemitteilung des Centre Scientifique de Monaco (CSM), des Max-Planck-Instituts für Marine Mikrobiologie in Bremen und der Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU).

Korallenriffe sind gewaltige Strukturen aus Kalziumkarbonat. Die hier vorgestellte Studie, veröffentlicht in Science Advances am 16. Januar 2019, gibt Einblicke in den Vorgang der Verkalkung, der zur Bildung dieser gewaltigen Strukturen führt. Die Untersuchung der Kalkbildung an Korallen ist unverzichtbar für ein tieferes Verständnis und bessere Vorhersagen darüber, wie und warum Korallenriffe auf Umweltveränderungen wie zum Beispiel Ozeanversauerung reagieren.
"Durch die Kombination zweier Methoden - Mikroskopie und Mikrosensormessungen – konnten wir Kalzium-, Karbonat- und pH-Werte direkt am Ort der Kalzifizierung in kleinen Kolonien von Korallen der Art Stylophora pistillata messen. Daraus konnten wir wichtige Kenngrößen der Karbonatchemie ableiten. Die Werte aller gemessenen und abgeleiteten Parameter waren an der Koralle höher als im Meerwasser. Das deutet auf die wichtige Rolle von Mechanismen zur Anreicherung von Karbonat und Kalzium hin, die aktiv von der Koralle reguliert werden, um ihr Skelett zu bilden", sagt Duygu Sevilgen, Erstautorin der Veröffentlichung, Wissenschaftlerin am CSM und ehemalige Doktorandin am Max-Planck-Institut für Marine Mikrobiologie.

Das Messen dieser Schlüsselparameter in lebenden Korallen direkt am Ort der Kalkbildung -dort, wo die ersten Kristalle gebildet werden, bevor sie sich zum massiven Skelett verbinden - ist eine große technische Herausforderung. Frühere Mikrosensorstudien wurden "blind" durchgeführt, die korrekte Platzierung der Mikroelektroden im kalkbildenden Medium konnte nicht sichergestellt werden. Daher stammt der größte Teil unseres heutigen Wissens von der Untersuchung der Skelette toter Korallen und nicht aus Messungen an lebenden Organismen. Sevilgen und ihren Kolleginnen und Kollegen ist es nun gelungen, die Mikrosensoren mittels in vivo-Mikroskopie im kalzifizierenden Medium genau zu positionieren, ohne dabei die Physiologie der Koralle zu stören. "Unsere Stärke am CSM ist seit vielen Jahren die Kultivierung von Korallen unter kontrollierten Bedingungen und die Entwicklung von innovativen Methoden, um die Physiologie in lebenden Korallen zu untersuchen", so Sylvie Tambutté, Forschungsleiterin am CSM.

Zum ersten Mal konnte im Rahmen der Studie auch ein in Zusammenarbeit mit der Universität Kiel entwickelter besonderer Mikrosensor eingesetzt werden, um den Karbonatgehalt in wenigen µm kleinen Bereichen zu messen. „Durch unsere punktgenaue Messung mittels speziell entwickelter Microsensoren konnten wir entscheidend zur Bestimmung der Karbonatchemie am Ort der Skelettbildung beitragen. Diese neuen Erkenntnisse legen einen wichtigen Grundstein für die zukünftige Erforschung von Anpassungsmechanismen von Korallen in sauen Meeresumgebungen", sagt Dr. Marian Hu vom Institut für Physiologie an der Kieler Universität.

Alexander Venn, leitender Wissenschaftler am CSM, erklärt: "Es gibt viele spannende Daten über das kalzifizierende Medium in der vorhandenen Literatur über Korallen. Jedoch sind die Werte, die durch verschiedene Methoden erzielt wurden, sehr unterschiedlich. In unserer Studie haben wir in einem ersten Schritt zwei Methoden zur Messung des pH-Werts kombiniert (einen pH-sensitiven, fluoreszierenden Farbstoff und pH-Mikrosensoren). Zudem haben wir mit dem Mikroskop überprüft, dass wir zur selben Zeit an derselben Stelle messen. Dadurch konnten wir zeigen, dass, wenn zur selben Zeit und am selben Ort gemessen wird, unterschiedliche Messmethoden tatsächlich ein einheitliches Ergebnis liefern. Das erklärt Unterschiede in früheren Ergebnissen. Unsere Studie unterstreicht, wie nützlich und wichtig eine optische Überprüfung während des Einsatzes von Mikrosensoren ist, um eine ordnungsgemäße Platzierung in der Koralle sicherzustellen."
Die Studie liefert wichtige Erkenntnisse für zukünftige Mikrosensor- und Modellierungsansätze, die sich mit der Karbonatchemie und der Dynamik während der Karbonatkristallbildung in Korallen befassen.

Die Arbeit wurde von der Regierung des Fürstentums von Monaco finanziert.

Veröffentlichung:
"Full in vivo characterization of carbonate chemistry at the site of calcification in corals"
Sevilgen DS, Venn AA, Hu MY, Tambutté E, de Beer D, Planas-Bielsa V, Tambutté S, publiziert in Science Advances am 16. Januar 2019, DOI: 10.1126/sciadv.aau7447

Beteiligte Institute:

• Centre Scientifique de Monaco, Marine Biology Department, 8 Quai Antoine 1er, MC 98000 Monaco, Monaco
• Max Planck Institute for Marine Microbiology, Celsiusstr. 1, 28359 Bremen
• Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU), Institut für Physiologie, Hermann-Rodewald- Straße 5, 24118 Kiel

Links
www.centrescientifique.mc/en/equipe/biologie-marine-fr/physiologie-et-biochimie (Arbeitsgruppe „Physiologie und Biochemie" am CSM)
www.mpi-bremen.de/Forschungsgruppe-Mikrosensoren.html (Forschungsgruppe Mikrosensoren am MPIMM)
https://marianhu.com (Marian Hu, Leiter der Emmy Noether Forschungsgruppe an der Universität Kiel)
https://worldoceanreview.com/wor-1/meer-und-chemie/ozeanversauerung/wenn-die-kalkbildung-aus-dem-gleichgewicht-kommt (World Ocean Review, Die Bedeutung der Ozeanversauerung für die Kalkbildung)

Pressekontakt

Friederike Balzereit (fbalzereit@uv.uni-kiel.de), Öffentlichkeitsarbeit, Kiel Marine Science (KMS) / Exzellenzcluster „Future Ocean", Christian-Albrechts-Universität zu Kiel (CAU)
Duygu Sevilgen (sevilgen@centrescientifique.mc), Centre Scientifique de Monaco (Erstautorin)