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Geheimnisse der Beziehungen zwischen Korallen und Algen enthüllt

Korallenriffe haben große ökologische und ökonomische Bedeutung. Sie versorgen Millionen Menschen mit Nahrung, sorgen für Einkommen und Küstenschutz. Über die molekularen Mechanismen dieser Naturwunder ist gegenwärtig jedoch eher wenig bekannt.
Geheimnisse der Beziehungen zwischen Korallen und Algen enthüllt
Der Schlüssel zur immensen Produktivität und biologischen Vielfalt von Korallenriffen sind die engen und auf lange Zeit bestehenden Wechselwirkungen (Symbiose) zwischen Korallen und photosynthetischen Algen, die innerhalb der Korallenzellen leben und wichtige Nährstoffe an ihre Wirte weitergeben. Steigende Meerwassertemperaturen können das Zusammenbrechen dieser Symbiose bewirken. Dieses Phänomen ist als „Korallenbleiche“ bekannt. Die Anzahl der Vorfälle von Korallenbleichung nimmt rund um die Welt zu und steht mit dem globalen Klimawandel in Verbindung.

Heute weiß man nicht viel über die molekularen Mechanismen, die der intimen Partnerschaft zwischen Korallen und Algen zugrundeliegen, was weitgehend darauf zurückzuführen ist, dass sich Korallen nicht für die molekulare Analyse im Labor eignen. Das von der EU finanzierte Projekt ESYMBIOSIS hat ein neuartiges Modellsystem unter Einsatz der Seeanemone Aiptasia weiterentwickelt, um grundlegende Aspekte der Korallensymbiose zu enträtseln.

Neuartiges Versuchssystem

Aiptasien leben in einer stabilen Symbiose mit den gleichen Algenarten wie die Korallen. Im Gegensatz zu Korallen können Aiptasien jedoch problemlos unter Laborbedingungen als sich asexuell vermehrende Klonlinien gehalten werden. Außerdem kann die sexuelle Fortpflanzung eingeleitet werden, was den unbegrenzten Zugang zu nicht symbiotischen Larven gestattet, die bereitwillig Symbionten aus der Umwelt aufnehmen.

„Wir haben verschiedene im Labor eingesetzte Anemonenlinien und Symbiontenstämme mit Hilfe molekularer Phylogenie (der Evolutionsgeschichte einer Spezies) und Zoologie charakterisiert“, sagt Projektkoordinatorin Dr. Annika Guse. Ausgehend von Studien eines kooperierenden Labors zur Simulation von Vollmond unter Einsatz blauer Leuchtdioden entwickelten die Forscher dann ein leistungsfähiges Protokoll, um die sexuelle Fortpflanzung von Anemonen zur regelmäßigen Produktion von Anemonenlarven einzuleiten.

Larven dieser Art, die Symbionten aus der Umgebung erwerben, werden zur Untersuchung des Beginns von Symbiose mittels modernen molekularen Werkzeugen eingesetzt. „Wir beschrieben die Larvenentwicklung und Symbiontenaufnahme auf zellulärer Ebene und entwickelten Werkzeuge, um die Genexpression zu analysieren und Proteine zu lokalisieren. Zudem haben wir die Schlüsselakteure der Symbiose ermittelt und vergleichende Experimente mit den im Feld gesammelten Korallen durchgeführt“, erklärt Dr. Guse.

Die Wissenschaftler sequenzierten das Aiptasia-Genom und etablierten verschiedene weitere molekulare, zellbiologische und biochemische Verfahren wie etwa Metabolomik, Lipidomik und transkriptomische Ansätze. So zeigt sich Dr. Guse überzeugt: „Unsere Anstrengungen ebneten den Weg zur Verwendung von Aiptasienlarven als neuartiges Versuchssystem zur Erforschung der Korallensymbiose und resultierten in verschiedenen, von Experten begutachteten Publikationen.“

Wie Korallen überleben

ESYMBIOSIS will nun wichtige Fragen beantworten, beispielsweise, ob es spezielle Zellen gibt, welche die Symbionten erwerben. Erforscht werden außerdem Erkennungsmechanismen für die Symbiontenaufnahme, auf welche Weise die Symbionten nicht von ihrem Wirt zerstört und wie wichtige Nährstoffe zwischen den Partnern übertragen werden. „Wir untersuchen, wie evolutionsgeschichtlich konservierte Lipidtransporter funktionieren, die am (Chole-)Steroltransfer vom Symbionten zum Wirt beteiligt sind, der eine Voraussetzung für das Überleben der Korallen ist, weil sie die Fähigkeit verloren haben, selbst (Chole-)Sterole zu synthetisieren“, verrät Dr. Guse.

Wie auch in der medizinischen Forschung kann das Verständnis des gesunden Zustands der Korallensymbiose als Grundlage dafür dienen, was bei Krankheiten oder Korallenbleichen passiert. „Unsere Forschung legt den Grundstein für eine gezieltere Erforschung der Korallenbleiche und für die Entwicklung von Strategien zum Schutz der Korallenriffe“, kommentiert Dr. Guse. „Sie sensibilisiert überdies zunehmend für die Korallenriffökosysteme und die Herausforderungen, mit denen diese es aufgrund der Verschmutzung durch Aktivitäten des Menschen zu tun bekommen“, schließt sie ihre Ausführungen.

Fachgebiete

Life Sciences

Schlüsselwörter

ESYMBIOSIS, Koralle, Symbiose, Aiptasia, Seeanemonen, Algen
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