Da der Klimawandel und die Umweltverschmutzung die Korallenriffe gefährden, frieren Wissenschaftler Korallen ein, um künftige Ozeane neu zu besiedeln.

Korallenriffe gehören zu den ältesten und vielfältigsten Ökosystemen der Erde und zu den wertvollsten. Sie ernähren 25 Prozent aller Meereslebewesen, schützen Küsten vor Stürmen und tragen durch ihren Einfluss auf Fischerei, neue Arzneimittel, Tourismus und Erholung jedes Jahr Milliarden von Dollar zur Weltwirtschaft bei.

Heutzutage werden die Korallenriffe der Welt aufgrund von Umweltverschmutzung, Überfischung und zerstörerischen Abholzungs- und Bergbaupraktiken an Land in einem beispiellosen Tempo degradiert. Der durch menschliche Aktivitäten verursachte Klimawandel führt zu einer Erwärmung und Versauerung des Ozeans und führt zu einer Riffkrise, die dazu führen könnte, dass die meisten Korallen innerhalb von Generationen verschwinden.

Ich bin Meeresbiologe am Smithsonian National Zoo and Conservation Biology Institute. 17 Jahre lang habe ich mit Kollegen zusammengearbeitet, um ein globales Wissenschaftsprogramm namens „Reef Recovery Initiative“ ins Leben zu rufen, das darauf abzielt, mithilfe der Wissenschaft der Kryokonservierung zur Rettung von Korallenriffen beizutragen.

Bei diesem neuen Ansatz werden Spermien und Korallenlarven bzw. Keimzellen bei sehr niedrigen Temperaturen gelagert und gekühlt und in staatlichen Biorepositorien konserviert.

Diese Ablagerungen stellen einen wichtigen Schutz gegen das Aussterben der Korallen dar. Wenn sie effektiv verwaltet werden, können sie dazu beitragen, Bedrohungen für Landriffe weltweit entgegenzuwirken. Diese eingefrorenen Vermögenswerte können heute, in 10 Jahren oder sogar in 100 Jahren genutzt werden, um zur Neubesiedelung der Ozeane und zur Wiederherstellung lebender Riffe beizutragen.

Sicher und lebendig eingefroren

Kryokonservierung ist ein Verfahren zum Einfrieren biologischen Materials unter Beibehaltung seiner Lebensfähigkeit. Dabei werden zuckerähnliche Substanzen, sogenannte Kryoschutzmittel, in die Zellen eingebracht, um die Bildung von tödlichem Eis während der Gefrierphase zu verhindern. Bei korrekter Durchführung bleiben die Zellen in flüssigem Stickstoff viele Jahre lang unverändert gefroren und lebendig.

Viele Organismen überleben kalte Winter in der Natur, indem sie auf natürliche Weise kryokonserviert werden, wenn die Temperaturen in ihren Lebensräumen unter den Gefrierpunkt fallen. Zwei häufige Beispiele in Nordamerika sind Bärtierchen (mikroskopisch kleine Tiere, die in Moosen und Flechten leben) und Waldfrösche.

Heutzutage basieren Kryokonservierungstechniken für Korallen größtenteils auf dem Einfrieren von Spermien und Larven. Seit 2007 habe ich viele Kollegen in der Kryokonservierung von Korallen geschult und mit ihnen zusammengearbeitet, um Korallensperma erfolgreich zu konservieren. Heute verfügen wir über Spermien von mehr als 50 Korallenarten, die in Biorepositorien auf der ganzen Welt aufbewahrt werden.

Wir haben dieses kryokonservierte Sperma verwendet, um in der Karibik durch einen selektiven Züchtungsprozess namens „Assisted Gene Flow“ neue Korallen zu züchten. Das Ziel bestand darin, kryokonserviertes Sperma und Kreuzkorallen zu verwenden, die sich nicht unbedingt getroffen hätten – eine Art Fernpartnerschaft.

Die genetische Vielfalt wird dadurch aufrechterhalten, dass so viele verschiedene Eltern wie möglich kombiniert werden, um neue sexuell gezeugte Nachkommen hervorzubringen. Da Korallen mit dem Meeresboden zementiert sind, können durch Kryokonservierung neue Individuen eingeführt werden, wenn die Population in ihrem Gebiet zurückgeht. Die Hoffnung besteht darin, dass diese neuen genetischen Kombinationen eine Anpassung erfahren, die den Korallen hilft, Veränderungen im Zusammenhang mit der künftigen Erwärmung der Ozeane zu überleben.

Diese unterstützten Genflussstudien brachten 600 neue genetisch passende Individuen der gefährdeten Elchgeweihkoralle Acropora palmata hervor. Bis Anfang 2024 gab es in der Population Floridas nur noch etwa 150 Elchgeweih-Individuen in freier Wildbahn. Wenn sich die Gelegenheit dazu ergibt, könnten diese selektiv gezüchteten, in Gefangenschaft gehaltenen Korallen den Genpool wilder Elchhörner erheblich vergrößern.

Der Erhalt von Spermien und Larven stellt einen wichtigen Schutz vor dem Verlust der Artenvielfalt und dem Artensterben dar. Wir können dieses Material jedoch nur während kurzlebiger Laichereignisse sammeln, wenn Korallen Eier und Sperma ins Wasser abgeben.

Diese Vorfälle treten nur an wenigen Tagen im Jahr auf – ein kurzes Zeitfenster, das Forscher und Naturschützer vor logistische Herausforderungen stellt und die Geschwindigkeit einschränkt, mit der wir Korallenarten erfolgreich in Kryobanken einlagern können.

Erschwerend kommt hinzu, dass die Erwärmung der Ozeane und immer häufiger auftretende Hitzewellen im Meer zu biologischem Stress für Korallen führen können. Dadurch kann ihr Fortpflanzungsmaterial zu schwach sein, um den Strapazen der Kryokonservierung und des Auftauens standzuhalten.

Erhöhen Sie die Linderung

Um Korallenmaterial schneller zu sammeln, entwickeln wir ein Verfahren zur Kryokonservierung ganzer Korallenfragmente mithilfe einer Methode namens isochore Vitrifikation. Diese Technik befindet sich noch in der Entwicklung. Im Erfolgsfall werden jedoch ganze Korallenfragmente konserviert, ohne dass Eis in ihrem Gewebe entsteht, wodurch nach dem Auftauen lebensfähige Fragmente entstehen, die gedeihen und wieder auf dem Riff platziert werden können.

Dazu wird das Fragment dehydriert, indem es einem viskosen kryoprotektiven Cocktail ausgesetzt wird. Dann legen wir es in einen kleinen Aluminiumzylinder und tauchen den Zylinder in flüssigen Stickstoff, dessen Temperatur minus 320 Grad Fahrenheit (minus 196 Grad Celsius) beträgt.

Dieser Prozess friert den Inhalt des Zylinders so schnell ein, dass das Kryoschutzmittel ein transparentes Glas bildet, anstatt dass Eiskristalle wachsen. Wenn Sie die Bruchstücke auftauen möchten, legen Sie sie für einige Minuten in ein lauwarmes Wasserbad und rehydrieren sie dann in Meerwasser.

Mit dieser Methode können wir das ganze Jahr über Korallenfragmente sammeln und kryokonservieren, da wir nicht auf flüchtige Laichereignisse warten und sie überwachen müssen. Dieser Ansatz beschleunigt unsere Naturschutzbemühungen erheblich.

Um so viele Arten wie möglich zu schützen, müssen wir unsere Wissenschaft erweitern und teilen, um robustes Korallenmaterial zu schaffen, das mit verschiedenen Methoden kryokonserviert und aufgetaut wird. Meine Kollegen und ich möchten, dass die Technologie einfach, schnell und kostengünstig ist, damit jeder Fachmann unseren Prozess nachmachen und uns dabei helfen kann, Korallen auf der ganzen Welt zu schützen.

Wir haben ein Schulungsvideoprogramm zur Korallen-Kryoformung erstellt, das Anweisungen zum Bau einfacher 3D-gedruckter Kryo-Gefriergeräte enthält, und haben mit Ingenieuren zusammengearbeitet, um neue Methoden zu entwickeln, die es nun ermöglichen, Korallenlarven zu Hunderten auf einfache und kostengünstige Weise einzufrieren. Metallgewebe. Diese neuen Werkzeuge werden es Laboren auf der ganzen Welt ermöglichen, die Sammlung von Korallen auf der ganzen Welt in den nächsten fünf Jahren deutlich zu beschleunigen.

Bewahren Sie die Zukunft

Jüngste Klimamodelle gehen davon aus, dass bis Mitte der 2030er Jahre 95 % oder mehr der Korallen weltweit absterben könnten, wenn die Treibhausgasemissionen im gleichen Ausmaß anhalten. Damit bleibt kaum Zeit, die Artenvielfalt und genetische Vielfalt der Riffe zu erhalten.

Ein bereits laufender Ansatz besteht darin, alle Korallenarten in menschliche Obhut zu geben. Das Smithsonian ist Teil der Coral Biobank Alliance, einer internationalen Zusammenarbeit zum Schutz von Korallen durch das Sammeln lebender Kolonien, Skelette und genetischer Proben und den Einsatz bewährter wissenschaftlicher Methoden zum Wiederaufbau von Riffen.

Bis heute stehen mehr als 200 Korallenarten, von etwa 1.000 bekannten Steinkorallenarten, und Tausende von Kolonien unter menschlicher Aufsicht in Institutionen auf der ganzen Welt, darunter Organisationen, die mit den amerikanischen und europäischen Zweigen der Association of Zoos and Aquariums verbunden sind. Obwohl es sich um Klone aus Wildkolonien handelt, könnten diese Individuen in Korallenaufzuchtsystemen untergebracht werden, die für die anschließende Kryokonservierung ihrer genetisch passenden Larven genutzt werden könnten. Alternativ könnten ihre Larven für Riffsanierungsprojekte verwendet werden.

Bis der Klimawandel verlangsamt und umgekehrt wird, werden sich die Riffe weiter verschlechtern. Um eine bessere Zukunft für Korallenriffe zu gewährleisten, müssen Korallen-Biorepositorien geschaffen, landgestützte Baumschulen eingerichtet werden, um Korallenkolonien zu halten und neue Larvenkolonisten zu entwickeln, sowie neue Kryoprofis ausgebildet werden.

Seit Jahrzehnten nutzen Zoos die Zucht und Wiederansiedlung in Gefangenschaft, um Tierarten zu schützen, deren Bestand auf ein kritisches Niveau gesunken ist. Ebenso glaube ich, dass unsere innovativen Lösungen Hoffnung schaffen und dazu beitragen können, Korallenriffe zu retten und unsere Ozeane heute und langfristig neu zu besiedeln.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.