{"id":81350,"date":"2024-10-24T13:08:49","date_gmt":"2024-10-24T11:08:49","guid":{"rendered":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/?p=81350"},"modified":"2024-10-28T08:34:37","modified_gmt":"2024-10-28T07:34:37","slug":"korallen-in-uralter-symbiose","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/aktuelles.uni-frankfurt.de\/en\/forschung\/korallen-in-uralter-symbiose\/","title":{"rendered":"Korallen in uralter Symbiose"},"content":{"rendered":"

Die Analyse von Stickstoffisotopen bezeugt die \u00e4lteste bislang nachgewiesene Fotosymbiose in Korallen<\/em><\/p>\n\n\n\n

Ein Forschungsteam um das Max-Planck-Institut f\u00fcr Chemie in Mainz und die Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt hat mittels Stickstoffisotopenanalysen nachgewiesen, dass fossile Korallen, die es vor 385 Millionen Jahre in der Eifel und im Sauerland gab, symbiontisch waren. Dies ist der \u00e4lteste Beweis f\u00fcr Fotosymbiose in Korallen. Die Fotosymbiose k\u00f6nnte erkl\u00e4ren, warum pr\u00e4historische Korallenriffe trotz n\u00e4hrstoffarmer Umgebung enorme Ausma\u00dfe erreichten.<\/strong><\/p>\n\n\n\n

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Die Vorg\u00e4nger unserer heutigen Korallenriffe gab es vor 385 Millionen Jahren in der Eifel und im Sauerland. Foto: Lukas Gojda\/ Shutterstock<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
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Tropische Korallenriffe geh\u00f6ren zu den artenreichsten Lebensr\u00e4umen der Erde, weswegen sie auch als Regenw\u00e4lder der Meere bezeichnet werden. Moderne riffbildende Korallen haben sich im Erdzeitalter der Trias, also vor etwa 250 Millionen Jahren entwickelt. Sie k\u00f6nnen in Symbiose mit winzigen Organismen, oftmals Algen leben, die Fotosynthese betreiben k\u00f6nnen. Diese Fotosymbiose ist besonders in n\u00e4hrstoffarmen Gew\u00e4ssern vorteilhaft, da sie die Korallen besser mit N\u00e4hrstoffen versorgt.<\/p>\n\n\n\n

Dass es Korallen schon im Erdzeitalter des Devons vor \u00fcber 385 Millionen Jahren gab, l\u00e4sst sich geologisch beispielsweise in der Eifel oder im Sauerland nachweisen. Hier findet man Fossilien der ausgestorbenen B\u00f6den- und Runzelkorallen, die in der Fachsprache Tabulata beziehungsweise Rugosa hei\u00dfen. Denn zur Zeit des mittleren Devons war das Rheinische Schiefergebirge von einem tropischen Meer bedeckt, in dem riesige Riffe wuchsen. Es ist jedoch nicht klar, ob die ausgestorbenen Korallengruppen des Devons in Fotosymbiose lebten oder nicht.<\/p>\n\n\n\n

Ein Forschungsteam, geleitet vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Chemie, mit Forschenden der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt und des Senckenberg Forschungsinstituts und Naturmuseums Frankfurt, hat nun mit Hilfe von Stickstoffisotopenanalysen nachgewiesen, dass auch einige ausgestorbene Korallen aus der Zeit des mittleren Devons bereits symbiontisch waren. Es ist der bisher \u00e4lteste gesicherte geochemische Beweis f\u00fcr die Fotosymbiose in Korallen.<\/p>\n\n\n\n

Vergleich von symbiontischen mit nicht-symbiotischen Korallen<\/h2>\n\n\n\n

Der Nachweis gelang den Forschenden, indem sie zun\u00e4chst Stickstoffisotopenwerte im organischen Material von heutigen symbiontischen und nicht-symbiontischen Korallen verglichen. Stickstoffisotopenwerte, genauer das Verh\u00e4ltnis von schwerem Stickstoff (15<\/sup>N) zu leichtem Stickstoff (14<\/sup>N), eignen sich, um verschiedene Stufen der Nahrungspyramide zu unterscheiden. So k\u00f6nnen Forschende anhand der Stickstoffisotope zum Beispiel feststellen, ob sich ein Lebewesen vegetarisch oder von Fleisch ern\u00e4hrt. Denn je h\u00f6her ein Lebewesen in der Nahrungspyramide steht, desto gr\u00f6\u00dfer ist sein Stickstoffisotopenwert, weil Organismen leichten Stickstoff etwas schneller verstoffwechseln als schweren und damit auch den leichteren ausscheiden.<\/p>\n\n\n\n

Bei der Analyse moderner Steinkorallen zeigte sich ein immer gleicher Unterschied: Korallen, die ihre Energie prim\u00e4r aus der Photosynthese symbiontischer Algen beziehen, haben einen niedrigeren Stickstoffisotopenwert als nicht-symbiontische Korallen. Im Gegensatz dazu weisen Korallen, die sich durch aktives Fangen von Plankton ern\u00e4hren, h\u00f6here Stickstoffisotopenwerte auf.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDer konstante Unterschied in den Stickstoffisotopenwerten entspricht unserer Erwartung und zeigt den typischen Sprung in der Nahrungskette\u201c, sagt der marine Geochemiker Jonathan Jung vom Max-Planck-Institut f\u00fcr Chemie und Erstautor der jetzt im Fachmagazin Nature<\/em> erschienenen Studie. Denn symbiontisch lebende Korallen stehen in dieser Hierarchie eine Stufe unter nicht-symbiontischen.<\/p>\n\n\n\n

Fossilienproben aus dem Sauerland, der Eifel, Westsahara und Marokko<\/h2>\n\n\n\n

\u201eAuf Basis dieser Erkenntnis konnten wir der Frage nachgehen, welche Nische die Korallen im Devon einnahmen\u201c so Koautor und Mitinitiator der Studie Simon Felix Zoppe von der Goethe-Universit\u00e4t Frankfurt.<\/p>\n\n\n\n

Zu diesem Zweck analysierten die Forschenden fossile Korallen aus dem Sauerland, der Eifel, der Westsahara und Marokko, die teils direkt f\u00fcr die Studie im Gel\u00e4nde gesammelt wurden, teils aus der Sammlung des Senckenberg Forschungsinstituts und Naturmuseums Frankfurt stammen.<\/p>\n\n\n\n

Die Schwierigkeit: In den Versteinerungen ist der Anteil an organischem Material, das f\u00fcr die Analyse notwendig ist, verschwindend gering. Ein Team um Alfredo Mart\u00ednez-Garc\u00eda vom Mainzer Max-Planck-Institut hat j\u00fcngst jedoch eine neue Messmethode angewandt, die mit Mengen von wenigen Milligramm fossiler zermahlener Korallen auskommt.<\/p>\n\n\n\n

Auch bei den Fossilien zeigte sich zwischen einzelnen Korallenarten ein konstanter Unterschied in den Stickstoffisotopenwerten: Typischerweise zeigten die Kolonie-bildenden Korallen der Ordnung Tabulata eindeutig niedrigere Stickstoffisotopenwerte als die zumeist solit\u00e4ren Korallen der Ordnung Rugosa. Hieraus schlussfolgern die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, dass bereits im mittleren Devon bestimmte Korallenarten in Photosymbiose lebten, andere jedoch nicht.<\/p>\n\n\n\n

\u201eDiese fr\u00fche Photosymbiose k\u00f6nnte erkl\u00e4ren, warum die urzeitlichen Riffe trotz n\u00e4hrstoffarmer Umgebung sehr produktiv waren und gigantische Ausma\u00dfe hatten\u201c, sagt Alfredo Mart\u00ednez-Garc\u00eda.<\/p>\n\n\n\n

Die Studie ist zudem der Startpunkt, den N\u00e4hrstoffkreislauf des Erdaltertums (Pal\u00e4ozoikum), zu dem das Devon gerechnet wird, detaillierter als bisher zu untersuchen. So kann die Methode bei der Kl\u00e4rung der Frage helfen, inwieweit das Massenaussterben von Korallen und anderen Riffbewohnern gegen Ende des Devons mit dem N\u00e4hrstoffgehalt der Meere in Zusammenhang steht. \u201eNun k\u00f6nnen wir auch die Nahrungsketten an fr\u00fchen Riffen besser verstehen\u201c, sagt Eberhard Schindler vom Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseum Frankfurt. Dies wiederum k\u00f6nnte Erkenntnisse liefern, die beim Erhalt heutiger Korallen\u00f6kosysteme helfen. Zudem hoffen die Forschenden die Nahrungsketten noch weiter zur\u00fcck in der erdgeschichtlichen Vergangenheit zu analysieren.<\/p>\n\n\n\n

Devon<\/h2>\n\n\n\n

Das Devon ist eine erdgeschichtliche Periode des Erdaltertums bzw. Pal\u00e4ozoikums. Es begann vor etwa 419 Millionen Jahren und endete vor etwa 359 Millionen Jahren. Im Devon r\u00fcckten die Gro\u00dfkontinente Laurussia und Gondwana n\u00e4her zusammen und es entstanden riesige Korallenriffe, von denen zahlreiche im heutigen Europa, Nordamerika, Nordafrika, Australien, Sibirien und China fossil erhalten geblieben sind.<\/p>\n\n\n\n

Stickstoffisotopenanalyse<\/h2>\n\n\n\n

Je gr\u00f6\u00dfer in einer Probe das Verh\u00e4ltnis der unterschiedlich schweren Isotope 15<\/sup>N zu 14<\/sup>N des Stickstoffs (N) ist, desto h\u00f6her ist die Position eines Tieres in der Nahrungskette. Im Stoffwechsel von Tieren entstehen stickstoffhaltige Abbauprodukte wie Ammonium oder Harnstoff. Die Ausscheidung dieser Stoffwechselprodukte f\u00fchrt zu einem Anstieg des Verh\u00e4ltnisses von \u201eschwerem\u201c Stickstoff (15<\/sup>N) zu \u201eleichtem\u201c Stickstoff (14<\/sup>N) im Organismus im Vergleich zu seiner Nahrung. Korallen, die sich von Plankton ern\u00e4hren, haben daher ein erh\u00f6htes Stickstoffverh\u00e4ltnis gegen\u00fcber symbiontischen Korallen.<\/p>\n\n\n\n

Publikation: <\/strong>Jonathan Jung, Simon F. Zoppe, Till S\u00f6te, Simone Moretti, Nicolas N. Duprey, Alan D. Foreman, Tanja Wald, Hubert Vonhof, Gerald H. Haug, Daniel M. Sigman, Andreas Mulch, Eberhard Schindler, Dorte Janussen, Alfredo Mart\u00ednez-Garc\u00eda: Coral Photosymbiosis on Mid-Devonian Reefs. <\/strong>Nature (2024) <\/a>https:\/\/doi.org\/10.1038\/s41586-024-08101-9<\/a><\/p>\n\n\n\n

Quelle: Pressemitteilung des MPI f\u00fcr Chemie, Mainz<\/a><\/p>\n\n\n\n

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