Korallen, wie Seegraswiesen und Kelpwälder, sind Architekten mariner Lebensräume. Durch den Aufbau komplexer dreidimensionaler Strukturen formen sie ganze Ökosysteme, schaffen Lebensraum, Schutz und Nahrungsgrundlagen für eine enorme Vielfalt an Organismen und leisten zentrale Beiträge zur Küstenstabilisierung, Klimaregulation und marinen Nahrungssicherheit. Gleichzeitig gehören diese Systeme zu den am stärksten bedrohten Lebensräumen unserer Ozeane.
Die Grundlage des ökologischen Erfolgs von troopischen Flachwasser-Korallenriffen liegt in einer engen biologischen Partnerschaft: der Photosymbiose mit einzelligen, photosynthetischen Dinoflagellaten, die in der Gastrodermis der Wirte leben. Diese Symbiose versorgt die Tiere effizient mit Energie und Nährstoffen und ermöglicht Wachstum, Fortpflanzung und – bei riffbildenden Korallen – die Bildung massiver Kalkskelette. Doch diese Beziehung ist empfindlich. Bereits vergleichsweise geringe Umweltveränderungen können das Gleichgewicht stören und weitreichende Folgen für den gesamten Organismus haben.
Doch bevor wir über Korallen sprechen, lohnt sich ein Blick auf ihre kleinsten, aber entscheidenden Partner: die Mikroorganismen.
Wie alle vielzelligen Organismen leben auch Cnidaria in enger Assoziation mit komplexen mikrobiellen Gemeinschaften aus Bakterien, Archaeen, Pilzen, Viren und Protisten. Gemeinsam mit dem Wirt und den Photosymbionten bilden sie den Holobionten – eine funktionelle Einheit, in der Stoffwechsel, Immunabwehr, Stressreaktionen und Anpassungsprozesse eng miteinander verknüpft sind. Diese mikrobiellen Partner können zur Stabilisierung der Photosymbiose beitragen, Nährstoffflüsse regulieren und unter bestimmten Bedingungen sogar die Toleranz gegenüber Umweltstress erhöhen. Veränderungen im Mikrobiom hingegen können die Anfälligkeit des Wirts deutlich steigern.
In unserem Projekt untersuchen wir diese komplexen Wechselwirkungen in einem Modellorganismus, der Glasrose Exaiptasia diaphana (Cnidaria, Hexacorallia, Anthozoa). Exaiptasia erlaubt es, zentrale Prozesse der Photosymbiose und Holobionten-Dynamik unter kontrollierten Laborbedingungen zu analysieren und dient als wichtige Brücke zwischen experimenteller Forschung und natürlichen Korallenriffsystemen.
Ein besonderer Schwerpunkt unserer Arbeit liegt auf anthropogenen Stressoren, die in marinen Küstenökosystemen zunehmend zusammentreffen. Neben steigenden Wassertemperaturen untersuchen wir gezielt die Auswirkungen persistenter Pestizide, darunter sogenannte Legacy-Herbizide (Altlastenpestizide) wie das Herbizid Atrazin. Der Einsatz dieses Herbizids in der Landwirtschaft ist seit 2004 in der EU verboten, wird allerdings wieterhin in Australien, USA und China verwendet und bleibt eins der am häufigsten nachgewiesesten Pestizide in terrestrischen und aquatischen Lebensräumen. Atrazin greift direkt in den Elektronentransport im Photosystem II ein und stellt damit eine unmittelbare Bedrohung für photosymbiotische Organismen dar. Darüber hinaus kann es Prozesse wie Entwicklung, Immunantwort, Stoffwechsel und die Zusammensetzung des Mikrobioms beeinflussen.
Mithilfe experimenteller ex-situ-Systeme analysieren wir, wie Temperaturstress und Pestizidbelastung die Photophysiologie der Symbionten, die Genexpression des Wirts, die mikrobielle Gemeinschaft sowie die Gesundheit und Entwicklung des gesamten Holobionten verändern. Ziel ist es, Mechanismen und/ oder Mirkoben zu identifizieren, die die Resilienz der Korallen unter sich verändernden Umweltbedingungen fördern.
Langfristig soll dieses Projekt dazu beitragen, Photosymbiosen funktionell zu verstehen, und auch deren Rolle als dynamisches Netzwerke mit Anpassungspotenzial. Ein besseres Verständnis der Rolle mikrobieller Gemeinschaften eröffnet neue Perspektiven für mikrobiom-informierte Schutz- und Restaurationsstrategien und liefert wichtige Grundlagen für den Erhalt photosymbiotischer Cnidaria und der von ihnen aufgebauten marinen Ökosysteme.
