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Originalpublikation

M. S. Glas, Y. Sato, K. E. Ulstrup, und D. G. Bourne.
Biogeochemical conditions determine virulence of black band disease in corals, 2012.
The ISME Journal, advance online publication, doi:10.1038/ismej.2012.2

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27. März 2012

Wissenschaftler vom Max-Planck-Institut für marine Mikrobiologie in Bremen haben zusammen mit australischen Kollegen eine weitere Ursache für das zunehmende Korallensterben in den tropischen Korallenriffen gefunden. Die Forscher untersuchten dazu Korallen vom Great Barrier Reef in Australien, die von der Krankheit Black Band Disease befallen waren. Bei dieser Krankheit stirbt das Korallengewebe nach und nach ab, nur das nackte Kalkgerüst bleibt zurück. Infizierte Korallen zeigen eine charakteristische Oberflächenstruktur: Das gesunde Gewebe wird von einer dunklen Front, dem sogenannten „black band“ verdrängt. Jenseits davon ist das weiße Kalkskelett sichtbar. Die dunkle Front ist meist ein bis zwei Zentimeter breit und wird von einer speziellen mikrobiellen Gemeinschaft gebildet, darunter fototrophe Cyanobakterien, schwefeloxidierende Bakterien und sulfatreduzierende Mikroorganismen. Die Korallen und deren endosymbiontische Algen trifft gleich dreifacher Stress: giftiger Schwefelwasserstoff, Sauerstoffmangel und ein niedriger pH-Wert dort, wo die Bakterienmatte an das Korallengewebe grenzt.
Diese Koralle im Great Barrier Reef ist stark mit der Black Band Disease  befallen. Unten ist das weiße Kalkskelett sichtbar, im oberen Bereich  ist das Korallengewebe noch intakt. Die BBD-Zone ist deutlich als  schwarzer Streifen zu erkennen. Bild vergrößern
Diese Koralle im Great Barrier Reef ist stark mit der Black Band Disease befallen. Unten ist das weiße Kalkskelett sichtbar, im oberen Bereich ist das Korallengewebe noch intakt. Die BBD-Zone ist deutlich als schwarzer Streifen zu erkennen. [weniger]

Die Wissenschaftler maßen die Gewebeschäden mit Mikrosensoren für Sauerstoff, Schwefelwasserstoff, auch Sulfid genannt und pH. Diese Mikrosonden haben Spitzendurchmesser im Mikrometerbereich, mit denen die Forscher hochauflösende Tiefenprofile im Korallengewebe messen konnten. Damit konnten sie große Unterschiede zwischen Gewebe feststellen, das mit der Black Band Disease befallen ist und solchem, das sich erst im Vorstadium der Krankheit befindet: „In krankem Korallengewebe bilden sich zwei Zonen aus: Oben eine fototrophe Zone, in der die Cyanobakterien Sauerstoff produzieren, und eine untere sauerstofffreie Zone, wo Bakterien das abgestorbene Korallengewebe abbauen und dabei giftiger Schwefelwasserstoff entsteht“, erklärt Martin Glas vom Bremer Max-Planck-Institut die Messergebnisse. „Bei leichter befallenem Gewebe ist diese Zonierung nicht annährend so stark. Schwefelwasserstoff konnten wir meist nicht messen, und Sauerstoff dringt tief in die Bakterienmatte ein.“

Die dunkle Front der Black Band Disease bewegt sich in Richtung des gesunden Gewebes und hinterlässt das tote Korallenskelett. In der Krankheitszone herrschen sulfidische (+ H<sub>2</sub>S) und anoxische (- O<sub>2</sub>) Bedingungen, die für den Zelltod des Korallengewebes verantwortlich sind. Bild vergrößern
Die dunkle Front der Black Band Disease bewegt sich in Richtung des gesunden Gewebes und hinterlässt das tote Korallenskelett. In der Krankheitszone herrschen sulfidische (+ H2S) und anoxische (- O2) Bedingungen, die für den Zelltod des Korallengewebes verantwortlich sind. [weniger]

An der vorderen Front der dunklen Zone sind die Bedingungen besonders schädlich für die Korallen. Durch die erhöhte Sulfidkonzentration im Bereich des absterbenden Gewebes und den dadurch entstehenden Sauerstoffmangel kann sich die Gewebeläsion auf umliegendes, gesundes Gewebe ausweiten; eine positive Rückkopplung also, die für die schnelle Ausweitung der Erkrankung sorgt.

„Wir vermuten, dass die biogeochemischen Bedingungen an der Oberfläche des Korallengewebes verantwortlich für die schnelle Ausbreitung sind. Je höher die Schwefelwasserstoffkonzentration und je weniger Sauerstoff, desto schneller breitet sich die dunkle Front aus“, stellt Martin Glas die Ursache für das Entstehen und die hohe Ansteckungsgefahr der Black Band Disease dar. Bisher haben die Forscher jedenfalls noch keinen pathogenen Keim identifizieren können, der für den Gewebetod der Korallen verantwortlich sein könnte. „Unsere Messungen zeigen, dass sich die BBD in den Sommermonaten mit bis zu einem Zentimeter am Tag ausbreiten kann. Bei dieser Geschwindigkeit können in wenigen Monaten ganze Korallenstöcke absterben und die Arten im Riff stark dezimiert werden“, sagt Martin Glas.

Der Schnitt durch die mikrobielle Matte über dem Korallengewebe zeigt  den Lichteinfall in die Matte und die damit verbundene  Sauerstoffproduktion der Cyanobakterien. Aus dem absterbenden  Korallengewebe wird organischer Kohlenstoff, der von den  Sulfatreduzierern genutzt wird, und Schwefelwasserstoff frei. Die  Gewebeläsion der Korallen ist somit ein sich selbst verstärkender  Prozess. Bild vergrößern
Der Schnitt durch die mikrobielle Matte über dem Korallengewebe zeigt den Lichteinfall in die Matte und die damit verbundene Sauerstoffproduktion der Cyanobakterien. Aus dem absterbenden Korallengewebe wird organischer Kohlenstoff, der von den Sulfatreduzierern genutzt wird, und Schwefelwasserstoff frei. Die Gewebeläsion der Korallen ist somit ein sich selbst verstärkender Prozess. [weniger]

David Bourne vom Australian Institute of Marine Science in Townsville und sein Kollege Yui Sato führen seit mehreren Jahren Monitoringprogramme über den Zustand der Korallenriffe durch, wobei sie auch die Korallenkrankheiten im Great Barrier Reef untersuchen. David Bourne sagt: „Die Black Band Disease ist eine der vermutlich häufigsten Krankheiten in tropischen Riffen. Die Hauptursache sind saisonal bedingte hohe Wassertemperatur.“ So ist die Krankheit mittlerweile in allen tropischen Riffen, besonders aber in der Karibik verbreitet.

Gibt es noch Rettung für die Riffe? „Wenn die Temperaturen im Winter sinken stagniert die Black Band Disease. Immer häufiger allerdings bricht die Krankheit im nächsten Jahr erneut aus. Das nackte Korallenskelett kann wieder von neuen Polypen überwachsen werden, das dauert allerdings Jahre“, so Yui Sato von der James Cook University.

MS/HR

 
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