Unerwartete Wendung: Korallen sind viel Wärmestress-resistenter als vormals befürchtet

Wir alle lieben Korallen. Sie sind so farbenfroh und leben im flachen tropischen Wasser in paradiesischen Gegenden. Gerne tauchen wir mit unserem Schnorchel hinab zu ihnen und beobachten exotische Fische, wie sie geschmeidig um die filigranen Korallenbauten huschen. Daher traf es die Öffentlichkeit wie der Schlag als das PIK im Jahr 2012 den baldigen Massentod der Korallen vorhersagte. So schrieb die BZ aus Berlin am 22. September 2012:

2050 sind 95 Prozent aller Korallen tot
Klimaerwärmung und Versauerung der Meere besiegeln das Ende fast aller tropischen Riffe, warnen Potsdamer Forscher.
Wer jemals in die bunte Wunderwelt tropischer Korallenriffe hinabgetaucht ist, wird lange von diesem Erlebnis zehren. Doch wenn Forscher des Potsdam-Instituts für Klimafolgenforschung (PIK) mit ihrer düsteren Einschätzung recht behalten, werden unsere Kindeskinder diese mystische Unterwasserschönheit wohl nur noch in Aquarien antreffen.

Da haben die PIK-Leute mal wieder eine herrliche Horrorkulisse aufgebaut. Offenbar ziehen die Potsdamer große Freude daraus, die Öffentlichkeit mit der Klimaapokalypse zu erschrecken. Mit viel Aufwand wird hier eine mediale Klimageisterbahn betrieben, die nur von den Wenigsten hinterfragt wird bzw. hinterfragt werden kann. Schön-schaurige Schlagzeilen zur PIK-Story gab es am 17. September 2012 auch in anderen Zeitungen. Die Süddeutsche Zeitung meldete:

Korallenriffe werden Opfer der Erderwärmung
Der Klimawandel könnte das Ende der meisten Korallenriffe weltweit bedeuten, denn die Organismen sind kaum in der Lage, sich an die Erwärmung anzupassen. Um mehr als zehn Prozent der Riffe zu erhalten, müsste die Erderwärmung auf weniger als 1,5 Grad Celsius beschränkt werden, warnt ein internationales Forscherteam.

Und in der taz war zu lesen:

Korallen sterben weltweit: Zu träge für den Klimawandel
Riffkorallen passen sich nur sehr langsam an veränderte Umweltbedingungen an. Deshalb sind sie vom Klimawandel besonders stark bedroht, warnt eine Studie.

Als hätten sich die Korallenalarmisten weltweit abgesprochen, schlug ein paar Tage später noch eine australische Forschergruppe um Glenn De’ath (nomen est omen?) im Fachmagazin PNAS zu und machte das Great Barrier Riff zur Todeszone. Die Frankfurter Rundschau berichtete am 1. Oktober 2012:

Great Barrier Reef Korallensterben am Great Barrier Reef
Das größte Riff der Erde hat die Hälfte seiner Korallen verloren. Stürme, Seesterne und die Korallenbleiche dünnten das Great Barrier Reef in nur 27 Jahren drastisch aus. Der Lebensraum vieler Tiere und Pflanzen schwindet mit den Korallen.
Das australische Great Barrier Reef hat in nur 27 Jahren die Hälfte seiner Korallen verloren. Das haben australische Forscher bei einer Bestandsaufnahme im größten Korallenriff der Erde festgestellt. Schuld an dem rapiden Rückgang der Korallen seien drei Faktoren: Tropenstürme verursachten massive Schäden vor allem im Süden und in der Mitte des Riffs. Außerdem wurden die Korallen durch eine dramatische Vermehrung von korallenfressenden Seesternen und durch die vom Klimawandel geförderte Korallenbleiche dezimiert. Gehe der Trend so weiter, könnte das Great Barrier Reef bis zum Jahr 2022 noch einmal zehn Prozent seiner heutigen Korallendichte verlieren, warnen die Forscher im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“. Das bedeute für Zehntausende von riffbewohnenden Meerestieren und Pflanzen den Verlust des Lebensraums.

Die Klimaalarmisten waren so entzückt von ihren Korallen-Todesstories, dass sie sich mit kreativen Rettungsaktionen gegenseitig überboten. In der Frankfurter Rundschau konnte man am 20. August 2012 eine der verrückten Ideen lesen:

Gigantische Sonnenschirme könnten nach Ansicht von Forschern künftig bedrohte Korallenriffe retten. Viele von ihnen seien durch den Klimawandel so massiv gefährdet, dass dringend neue Schutzmethoden entwickelt werden müssten. Für bestimmte Bereiche im 2000 Kilometer langen Great Barrier Reef vor der australischen Ostküste könnten die riesigen Schattenspender die einzige Chance sein, meint Meeresforscher Ove Hoegh-Guldberg von der Queensland-Universität in Brisbane. Auf diese Weise soll die Korallenbleiche und damit das Absterben der Riffe abgewendet werden.

Schreckliche Nachrichten. Fassen wir kurz zusammen:

(1) Die Klimaerwärmung heizt die Meere auf, so dass die Energielieferanten der Korallen, die Zooxanthellen, absterben und ihren kraftlosen symbiotischen Gastgeber dann mit ins Verderben ziehen. Dies ist die sogenannte Korallenbleiche, die im Zuge von Hitzeereignissen eintreten kann.

(2) Der Anstieg des CO2-Gehalts führt zu einer Absenkung des pH-Werts im Meer, was zur Versauerung führt. Diese Versauerung soll den Korallen langfristig den Gar ausmachen.

(3) Neben der wärmegesteuerten Korallenbleiche und der Ozeanversauerung droht den Korallen auch Gefahr von Tropenstürmen, Seesternen und anderen Feinden.

Aber sieht es wirklich so düster für die Korallen aus, wie behauptet? Können sich die Korallen bzw. ihre Zooxanthellen nicht vielleicht an die Wärme und die Versauerung gewöhnen? Immerhin hatten die Korallen ihre Blütezeit vor 150 Millionen Jahren, als die Meere viel wärmer und die atmosphärischen CO2-Gehalte viel höher waren. Tropenstürme hat es stets gegeben und eine Zunahme der Wirbelstürme ist in den letzten 100 Jahren trotz Klimaerwärmung nicht zu verzeichnen (siehe z.B. „Neue Arbeit in Nature: Noch nie waren die australischen Wirbelstürme in den letzten 1500 Jahren schwächer als heute“).

Den spektakulären Korallendoppelalarm aus dem Jahr 2012 wollten seriöse Forscher nicht einfach so hinnehmen. In den beiden Folgejahren publizierten sie interessante neue Ergebnisse, die so gar nicht zur Panikmache von PIK & Co. passten. So berichtete eine Forschergruppe um Peter Bell von der University of Queensland im April 2014 im Fachjournal AMBIO, dass der Hauptgrund des langfristigen Korallensterbens im Great Barrier Reef in der lokalen Wasserverschmutzung, also der Eutrophierung, zu suchen ist. Kein Wort zur hitzegetriebenen Korallenbleiche oder Ozeanversauerung. Hier die Kurzfassung der Arbeit im Original:

Long-term monitoring data show that hard coral cover on the Great Barrier Reef (GBR) has reduced by >70 % over the past century. Although authorities and many marine scientists were in denial for many years, it is now widely accepted that this reduction is largely attributable to the chronic state of eutrophication that exists throughout most of the GBR. Some reefs in the far northern GBR where the annual mean chlorophyll a (Chl a) is in the lower range of the proposed Eutrophication Threshold Concentration for Chl a (~0.2–0.3 mg m−3) show little or no evidence of degradation over the past century. However, the available evidence suggests that coral diseases and the crown-of-thorns starfish will proliferate in such waters and hence the mandated eutrophication Trigger values for Chl a (~0.4–0.45 mg m−3) will need to be decreased to ~0.2 mg m−3 for sustaining coral reef communities.

Die Arbeit von Bell und Kollegen blieb von der deutschsprachigen Presse unberücksichtigt. Was der Frankfurter Rundschau ebenfalls entgangen ist: Walter Strack führte eine genauere Überprüfung der alarmistischen PNAS-Great Barrier Reef-Arbeit durch und förderte größere Ungereimtheiten an den Tag (siehe Details auf WUWT).

Im Folgenden wollen wir uns zunächst auf die angeblich fehlende Wärmetoleranz der Korallengebilde konzentrieren. Bereits in einem vorangegangenen Artikel hatten wir berichtet, dass die Korallen hier durchaus pragmatisch agieren und wenig hitzeerprobte Zooxanthellen bei steigenden Temperaturen einfach gegen wärmeresistentere Arten austauschen. Am 29. Oktober 2013 veröffentlichte die nationale US-amerikanische Behörde für Ozean- und Atmosphärenforschung (NOAA) zum Thema eine weitere interessante Pressemitteilung. Darin war zu lesen, dass sich die Korallen wohl nun doch viel effektiver an thermischen Stress anpassen können als vormals angenommen. Es existieren offenbar Anpassungsmechanismen, die zuvor übersehen wurden. Die entsprechende Arbeit von Logan et al. erschien im Januar 2014 im Fachblatt Global Change Biology. Hier ein Auszug aus der NOAA-Pressemitteilung:

New study suggests coral reefs may be able to adapt to moderate climate change

Coral reefs may be able to adapt to moderate climate warming, improving their chance of surviving through the end of this century, if there are large reductions in carbon dioxide emissions, according to a study funded by NOAA and conducted by the agency’s scientists and its academic partners. Results further suggest corals have already adapted to part of the warming that has occurred. “Earlier modeling work suggested that coral reefs would be gone by the middle of this century.

Our study shows that if corals can adapt to warming that has occurred over the past 40 to 60 years, some coral reefs may persist through the end of this century,” said study lead author Cheryl Logan, Ph.D., an assistant professor in California State University Monterey Bay’s Division of Science and Environmental Policy. The scientists from the university, and from the University of British Columbia, were NOAA’s partners in the study. Warm water can contribute to a potentially fatal process known as coral “bleaching,” in which reef-building corals eject algae living inside their tissues. Corals bleach when oceans warm only 1-2°C (2-4°F) above normal summertime temperatures. Because those algae supply the coral with most of its food, prolonged bleaching and associated disease often kills corals.

The study, published online in the journal Global Change Biology, explores a range of possible coral adaptive responses to thermal stress previously identified by the scientific community. It suggests that coral reefs may be more resilient than previously thought due to past studies that did not consider effects of possible adaptation. The study projected that, through genetic adaptation, the reefs could reduce the currently projected rate of temperature-induced bleaching by 20 to 80 percent of levels expected by the year 2100, if there are large reductions in carbon dioxide emissions.

[…] In the study, researchers used global sea surface temperature output from the NOAA/GFDL Earth System Model-2 for the pre-industrial period though 2100 to project rates of coral bleaching. Because initial results showed that past temperature increases should have bleached reefs more often than has actually occurred, researchers looked into ways that corals may be able to adapt to warming and delay the bleaching process. […].

Auch die Arbeit von Logan und Kollegen blieb von der deutschsprachigen Presse unberücksichtigt. Einige Monate später erschien dann eine weitere Studie zum Thema. Die Stanford University berichtete am 24. April 2014 auf ihrer Webseite über Korallen, die sich überraschenderweise gut an steigende Wassertemperaturen anpassen können. Die entsprechende Studie von Palumbi et al. erschien im Fachmagazin Science.

Some corals adjusting to rising ocean temperatures, Stanford researchers say

Research led by Stanford scientist Steve Palumbi reveals how some corals can quickly switch on or off certain genes in order to survive in warmer-than-average tidal waters.

By Rob Jordan

To most people, 86-degree Fahrenheit water is pleasant for bathing and swimming. To most sea creatures, however, it’s deadly. As climate change heats up ocean temperatures, the future of species such as coral, which provides sustenance and livelihoods to a billion people, is threatened. Through an innovative experiment, Stanford researchers led by biology Professor Steve Palumbi have shown that some corals can – on the fly – adjust their internal functions to tolerate hot water 50 times faster than they would adapt through evolutionary change alone. The findings, published April 24 in Science, open a new realm of possibility for understanding and conserving corals. “The temperature of coral reefs is variable, so it stands to reason that corals should have some capacity to respond to different heat levels,” said Palumbi, director of Stanford’s Hopkins Marine Station and a senior fellow at the Stanford Woods Institute for the Environment. “Our study shows they can, and it may help them in the future as the ocean warms.”

Coral reefs are crucial sources of fisheries, aquaculture and storm protection. Overfishing and pollution, along with heat and increased acidity brought on by climate change, have wiped out half of the world’s reef-building corals during the past 20 years. Even a temporary rise in temperature of a few degrees can kill corals across miles of reef. American Samoa presents a unique case study in how corals might survive a world reshaped by climate change. Water temperatures in some shallow reefs there can reach 95 degrees Fahrenheit, enough to kill most corals. To find out how native corals survive the heat, researchers in Palumbi’s lab transplanted colonies from a warm pool to a nearby cool pool and vice versa.

The researchers found that, over time, cool-pool corals transplanted to the hot pool became more heat-tolerant. Although these corals were only about half as heat-tolerant as corals that had been living in the hot pool all along, they quickly achieved the same heat tolerance that could be expected from evolution over many generations. Corals, like people, have adaptive genes that can be turned on or off when external conditions change. The corals Palumbi’s group studied adjusted themselves by switching on or off certain genes, depending on the local temperature. These findings make clear that some corals can stave off the effects of ocean warming through a double-decker combination of adaptation based on genetic makeup and physiological adjustment to local conditions.

“These results tell us that both nature and nurture play a role in deciding how heat-tolerant a coral colony is,” Palumbi said. “Nurture, the effect of environment, can change heat tolerance much more quickly – within the lifetime of one coral rather than over many generations.” Palumbi cautioned that corals’ heat-adaptive characteristics do not provide a magic bullet to combat climate change. They can’t respond to indefinite temperature increases and they could be compromised by stressors such as acidification and pollution. Still, if it holds true for most corals, this adaptive ability could provide a “cushion” for survival and might give coral reefs a few extra decades of fighting back the harsh effects of climate change, Palumbi said.

Über diese Studie berichteten die deutschen Medien dankenswerterweise, so zum Beispiel der Deutschlandfunk:

Klimaerwärmung: Korallenart kann sich an wärmeres Wasser gewöhnen
Korallen gehören zu den Meeresbewohnern, die von den steigenden Temperaturen wohl am stärksten bedroht werden. Versuche zeigten allerdings, dass manche Arten damit bis zu einem gewissen Grad zurecht kommen. Nun haben US-amerikanische Meeresbiologen im Fachblatt “Science” mehr dazu veröffentlicht.

Weiterlesen beim Deutschlandfunk. Auch der Tagesspiegel informierte über die neue Arbeit.

Überhaupt stellte man in den letzten Jahren immer wieder verwundert fest, dass sich die Korallen von den gefürchteten Korallenbleich-Ereignissen deutlich besser erholen können als früher angenommen. Das australische ARC Centre of Excellence for Coral Reef Studies berichtete am 5. April 2013 im Rahmen einer Pressemitteilung über ein Korallenriff in Westaustralien, das sich nach einer katastrophalen Bleiche 1998 heute fast vollständig wieder erholt hat (Studie: Gilmour et al. 2013 in Science):

Remote reefs can be tougher than they look: Western Australia’s Scott Reef has recovered from mass bleaching in 1998.

Isolated coral reefs can recover from catastrophic damage as effectively as those with nearby undisturbed neighbours, a long-term study by marine biologists from the Australian Institute of Marine Science (AIMS) and the ARC Centre of Excellence for Coral Reef Studies (CoECRS) has shown. Scott Reef, a remote coral system in the Indian Ocean, has largely recovered from a catastrophic mass bleaching event in 1998, according to the study published in Science today.

The study challenges conventional wisdom that suggested isolated reefs were more vulnerable to disturbance, because they were thought to depend on recolonisation from other reefs. Instead, the scientists found that the isolation of reefs allowed surviving corals to rapidly grow and propagate in the absence of human interference.

Australia’s largest oceanic reef system, Scott Reef, is relatively isolated, sitting out in the Indian Ocean some 250 km from the remote coastline of north Western Australia (WA). Prospects for the reef looked gloomy when in 1998 it suffered catastrophic mass bleaching, losing around 80% of its coral cover. The study shows that it took just 12 years to recover. Spanning 15 years, data collected and analysed by the researchers shows how after the 1998 mass bleaching the few remaining corals provided low numbers of recruits (new corals) for Scott Reef. On that basis recovery was projected to take decades, yet within 12 years the cover and diversity of corals had recovered to levels similar to those seen pre-bleaching.

“The initial projections for Scott Reef were not optimistic,” says Dr James Gilmour from AIMS, the lead author on the publication, “because, unlike reefs on the Great Barrier Reef, there were few if any reefs nearby capable of supplying new recruits to replenish the lost corals at Scott Reef. “However, the few small corals that did settle at Scott Reef had excellent rates of survival and growth, whereas on many nearshore reefs high levels of algae and sediment, and poor water quality will often suppress this recovery.

“We know from other studies that the resilience of reefs can be improved by addressing human pressures such as water quality and overfishing,” says Dr Gilmour. “So it is likely that a key factor in the rapid recovery at Scott Reef was the high water clarity and quality in this remote and offshore location.” Dr Andrew Heyward, Principal Research Scientist at AIMS, highlights another conclusion from their findings. “Previously we’ve tended to factor proximity to other reefs as a key attribute when estimating the resilience of a reef following a major disturbance, but our data suggests that given the right conditions, reefs might do much of the recovery by themselves.”  This finding could have implications for the management of marine protected areas.

In their publication the team also draws attention to the important role played by climate change in the longer-term prospects for coral reefs, as Prof Morgan Pratchett of CoECRS explains. “While it is encouraging to see such clear recovery, we need to be mindful of the fact that the coral recovery at Scott Reef still took over a decade. If, as the climate change trend suggests, we start to see coral bleaching and other related disturbances occurring more frequently, then reefs may experience a ratcheting down effect, never fully recovering before they suffer another major disturbance. “By preventing illegal fishing and enhancing water quality on coral reefs in all regions we will give these reefs a greater capacity to recover from major disturbances.”

The highly detailed, long-term data set makes Scott Reef the best studied reef in Australia’s Indian Ocean territory. The study provides valuable new perspectives on ecosystem function and resilience of coral reefs situated in the northwest Australia, and in other contexts such as the Great Barrier Reef, and illustrates the importance of AIMS’ research collaborations with its industry partners.

Am 17. Oktober 2013 beschäftigte sich auch Smithsonian.com mit der Thematik und titelte plakativ:

Zombie Corals Can Come Back From the Dead: Killed by bleaching, this weird kind of coral can regrow from cryptic tissue

Bereits 2009 hatten Adjeroud et al. im Fachmagazin Coral Reefs dokumentiert, dass Korallenbleichen oft keine bleibenden Schäden zurücklassen und nach spätestens einem Jahrzehnt wieder ein voll-funktionierendes Ökosystem vorliegt. Hier die Kurzfassung der Arbeit:

Recurrent disturbances, recovery trajectories, and resilience of coral assemblages on a South Central Pacific reef
Coral reefs are increasingly threatened by various disturbances, and a critical challenge is to determine their ability for resistance and resilience. Coral assemblages in Moorea, French Polynesia, have been impacted by multiple disturbances (one cyclone and four bleaching events between 1991 and 2006). The 1991 disturbances caused large declines in coral cover (~51% to ~22%), and subsequent colonization by turf algae (~16% to ~49%), but this phase-shift from coral to algal dominance has not persisted. Instead, the composition of the coral community changed following the disturbances, notably favoring an increased cover of Porites, reduced cover of Montipora and Pocillopora, and a full return of Acropora; in this form, the reef returned to pre-disturbance coral cover within a decade. Thus, this coral assemblage is characterized by resilience in terms of coral cover, but plasticity in terms of community composition.

Oder nehmen wir Bellantuono et al. aus dem Februar 2012 in den Proceedings B der Royal Society. Durch ein bisschen Hitzetraining können die Korallensymbionten deutlich wärmestressresistenter werden. Hier die Kurzfassung:

Resistance to thermal stress in corals without changes in symbiont composition
Discovering how corals can adjust their thermal sensitivity in the context of global climate change is important in understanding the long-term persistence of coral reefs. In this study, we showed that short-term preconditioning to higher temperatures, 3°C below the experimentally determined bleaching threshold, for a period of 10 days provides thermal tolerance for the symbiosis stability between the scleractinian coral, Acropora millepora and Symbiodinium. Based on genotypic analysis, our results indicate that the acclimatization of this coral species to thermal stress does not come down to simple changes in Symbiodinium and/or the bacterial communities that associate with reef-building corals. This suggests that the physiological plasticity of the host and/or symbiotic components appears to play an important role in responding to ocean warming. The further study of host and symbiont physiology, both of Symbiodinium and prokaryotes, is of paramount importance in the context of global climate change, as mechanisms for rapid holobiont acclimatization will become increasingly important to the long-standing persistence of coral reefs.

Ähnliches beschreiben Jessica Carilli und Kollegen im März 2012 in Plos One:

Historical Temperature Variability Affects Coral Response to Heat Stress
Coral bleaching is the breakdown of symbiosis between coral animal hosts and their dinoflagellate algae symbionts in response to environmental stress. On large spatial scales, heat stress is the most common factor causing bleaching, which is predicted to increase in frequency and severity as the climate warms. There is evidence that the temperature threshold at which bleaching occurs varies with local environmental conditions and background climate conditions. We investigated the influence of past temperature variability on coral susceptibility to bleaching, using the natural gradient in peak temperature variability in the Gilbert Islands, Republic of Kiribati. The spatial pattern in skeletal growth rates and partial mortality scars found in massive Porites sp. across the central and northern islands suggests that corals subject to larger year-to-year fluctuations in maximum ocean temperature were more resistant to a 2004 warm-water event. In addition, a subsequent 2009 warm event had a disproportionately larger impact on those corals from the island with lower historical heat stress, as indicated by lower concentrations of triacylglycerol, a lipid utilized for energy, as well as thinner tissue in those corals. This study indicates that coral reefs in locations with more frequent warm events may be more resilient to future warming, and protection measures may be more effective in these regions.

Angesichts all dieser neuen Ergebnisse muss man sich fragen, weshalb einige alarmistisch veranlagte Wissenschaftler, Zeitungsredakteure und Aktivisten noch immer den bevorstehenden Hitzetod der Korallen in der Öffentlichkeit verbreiten. Ist es Unkenntnis über die neue Sachlage oder möchte man einfach nicht die mittlerweile liebgewonnene Katastrophentheorie aufgegeben, die deutlich attraktiver ist als die langweilige Realität?

Morgen wollen wir uns dann anschauen, ob die Versauerung der Meere für die Korallen wirklich solch ein wichtiges Thema bildet wie stets behauptet. Weshalb sind die Korallen vor 150 Millionen Jahren so gut damit klar gekommen, und warum sollen die heutigen Vertreter der Gruppe so viel schlapper und anfälliger sein als früher?