Selektive Zucht macht Korallen in einer Generation hitzetoleranter

Unsere Arbeitsgruppe hat Korallen gezüchtet, die marine Hitzewellen besser überstehen können. In unserer nun in Nature Communications veröffentlichten Studie zeigen wir, dass sich die Hitzetoleranz von Korallen sogar innerhalb nur einer Generation verbessern lässt.

Selektive Zucht als Ansatz der assistierten Evolution für Korallen

Möglich wurde das durch selektive Zucht – eine Methode, die Menschen seit Jahrtausenden einsetzen, um bei Tieren und Pflanzen gewünschte Eigenschaften zu verstärken. Nach demselben Prinzip entstanden aus wolfsähnlichen Vorfahren über viele Generationen Hunderassen wie Bernhardiner, Chihuahuas und zahlreiche Zwischenformen.

Auch im Naturschutz wird selektive Zucht inzwischen als Werkzeug diskutiert, insbesondere mit Blick auf Korallenriffe. Im Coralassist Lab (zu dem wir gehören) arbeiten wir gemeinsam mit dem Palau International Coral Reef Center gezielt daran, Korallen widerstandsfähiger gegen Hitzewellen zu machen. Die hier vorgestellten Ergebnisse bündeln sieben Jahre Forschung.

Auslöser für dieses Interesse sind marine Hitzewellen, die großflächige Korallenbleichen und hohe Sterblichkeit verursachen; 2023-2024 wurden als viertes globales Massenbleichereignis eingeordnet. Methoden der „assistierten Evolution“ – darunter selektive Zucht – sollen die natürliche Anpassung beschleunigen und so Zeit gewinnen, damit Korallen unter dem Klimawandel überhaupt eine Chance haben.

Warum mehr Hitzetoleranz allein nicht reicht

Trotzdem fiel der Zugewinn an Hitzetoleranz bei unseren selektiv gezüchteten Korallen eher moderat aus – gemessen an der Stärke der Hitzewellen, die künftig erwartet wird. Selektive Zucht ist also umsetzbar, aber voraussichtlich kein Allheilmittel. Um die Ursache der massenhaften Korallenbleiche anzugehen, bleibt es notwendig, Treibhausgasemissionen zu senken, die Erwärmung zu begrenzen und Programmen der assistierten Evolution überhaupt erst die Zeit zu verschaffen, wirksam zu werden.

Wie man Korallen auf Hitzetoleranz züchtet

Am Anfang stand die Frage, welche Riffkolonien als Eltern überhaupt infrage kommen. Dafür ermittelten wir bei vielen potenziellen Elterntieren am Riff ihre Hitzetoleranz. Anschließend wählten wir gezielt einzelne Korallen aus, um zwei getrennte Nachkommenfamilien zu erzeugen: eine Linie, die auf hohe Hitzetoleranz selektiert wurde, und eine, die auf niedrige Hitzetoleranz selektiert wurde. Diese Nachkommen zogen wir drei bis vier Jahre auf, bis sie geschlechtsreif waren – erst dann prüften wir ihre Hitzetoleranz.

Zwei Hitzestress-Tests: kurz und extrem vs. länger und moderat

Unsere Zuchtversuche bezogen sich auf zwei unterschiedliche Merkmale. Zum einen testeten wir die Widerstandsfähigkeit gegen eine kurze, sehr intensive Hitzebelastung (Temperaturen 3.5°C über dem Normalwert für ten days). Zum anderen untersuchten wir die Toleranz gegenüber einer weniger extremen, dafür länger anhaltenden Belastung, wie sie eher natürlichen marinen Hitzewellen entspricht (2.5°C über dem Mittelwert für a month). So konnten wir die Erblichkeit beider Merkmale abschätzen, die erwartbare Reaktion auf selektive Zucht bestimmen und prüfen, ob beide Merkmale auf einer gemeinsamen genetischen Grundlage beruhen.

Bei beiden getesteten Merkmalen zeigte sich: Wenn Eltern gezielt auf hohe statt auf niedrige Hitzetoleranz ausgewählt wurden, erhöhte sich die Toleranz ihrer erwachsenen Nachkommen.

Die Erblichkeit lag ungefähr zwischen 0.2 und 0.3 auf einer Skala von 0 bis 1. Das bedeutet, dass etwa ein Viertel der Unterschiede in der Hitzetoleranz der Nachkommen durch Gene erklärbar ist, die von den Eltern vererbt wurden. Anders formuliert: Diese Eigenschaften besitzen eine deutliche genetische Basis, auf die sowohl natürliche als auch künstliche Selektion wirken kann.

Für die Erfassung kumulativer Hitzebelastung und -toleranz nutzen wir „degree-heating weeks (°C-weeks)“, also ein Maß, das sowohl die Temperaturhöhe als auch die Dauer der Belastung berücksichtigt. Auf Grundlage der in diesen Korallen beobachteten Variabilität ließe sich die Hitzetoleranz theoretisch innerhalb einer Generation um etwa 1°C-week steigern.

Allerdings könnte selbst ein solcher Zugewinn zu gering sein, um mit der zunehmenden Intensität der Hitzewellen Schritt zu halten. Je nach Klimapolitik wird erwartet, dass die Intensität in den kommenden Jahrzehnten um rund 3°C-weeks per decade zunimmt – schneller, als es der in unserer Studie erzielte Fortschritt nahelegt.

Bemerkenswert war zudem: Korallen, die selektiv auf hohe (statt niedrige) Toleranz gegenüber kurzem Hitzestress gezüchtet wurden, überstanden die lange Hitzebelastung nicht besser. Da wir keine genetische Korrelation fanden, ist es plausibel, dass beide Merkmale von unabhängigen Genpaketen gesteuert werden. Korallen, die kurze, starke Hitzespitzen gut überstehen, sind demnach nicht automatisch die besten Kandidaten für lang anhaltende marine Hitzewellen.

Das ist praktisch besonders relevant, weil diese Arbeit von günstigen, schnellen Tests profitieren würde, die hitzetolerante Kolonien zuverlässig für die Zucht identifizieren. Wenn solche Kurztests jedoch nicht vorhersagen können, welche Kolonien month-long heatwaves überleben, entsteht ein ernstes Problem.

Selektive Zucht in großem Maßstab

Weil sich Korallen grundsätzlich selektiv auf höhere Hitzetoleranz züchten lassen, besteht der nächste Schritt darin, großflächige Feldversuche in der Natur umzusetzen. Dafür müssten wahrscheinlich sehr viele selektiv gezüchtete Korallen ausgebracht werden – etwa, indem man Korallenlarven direkt auf Riffen ansiedelt oder in einer Aquakulturanlage aufgezogene Korallen auspflanzt.

Damit dieser Ansatz funktioniert, müssen die ausgebrachten Korallen später selbst fortpflanzungsfähig werden und sich in den Genpool der Wildpopulation einbringen. Eine Umsetzung in sehr großem Maßstab wäre schwierig, doch möglicherweise ist es gar nicht erforderlich, die Korallenbedeckung riesiger Flächen direkt wiederherzustellen.

Stattdessen könnte es reichen, ein Netzwerk aus weniger, dafür strategisch platzierten „Larven-Produktions-Hubs“ aufzubauen. In diesen Zentren würden selektiv gezüchtete Korallen in hoher Dichte gehalten, um den Befruchtungserfolg zu maximieren. Von dort aus könnten andere Riffe mit Larven „besät“ werden, und zugleich stünde weiteres Zuchtmaterial für gezielte Maßnahmen zur Verfügung.

Trotzdem sind umfangreiche Forschung und Entwicklung weiterhin nötig, weil viele Schlüsselfragen offen bleiben: Wie viele Korallen müssen ausgebracht werden, um die gewünschte Wirkung zu erzielen? Lassen sich Trade-offs ausschließen, die Populationen schädigen könnten (die bisherige Evidenz deutet darauf hin, dass dies kein großes Risiko ist)? Wie verhindert man, dass selektierte Merkmale nach dem Einbringen in Wildpopulationen verwässert werden? Und wie lassen sich Selektionsantworten maximieren?

Angesichts der Geschwindigkeit, mit der sich die Ozeane erwärmen, müssen Optimierung und Umsetzung der assistierten Evolution bald erfolgen, damit sie überhaupt Erfolgschancen haben – selbst wenn zunächst nur in kleinem Maßstab. Entscheidend bleibt jedoch: Das Überleben der Korallenriffe hängt weiterhin von konsequentem, schnellem Klimaschutz ab.

Liam Lachs, Postdoktoraler Forschungsmitarbeiter für Ökologie und Evolution des Klimawandels, Newcastle University; Adriana Humanes, Postdoktorale Forschungsmitarbeiterin für Korallenriff-Ökologie, Newcastle University, Newcastle University, und James Guest, Dozent für Korallenriff-Ökologie, Newcastle University

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