Korallen und ihre Farben

Transkript

1 Korallen und ihre Farben Foto: Robert Baur-Kruppas Foto: Michael Mrutzek Foto: Michael Mrutzek Ein Vortrag von Jörg Kokott zum 1. Beckumer Meerwassertreffen, Beckum 2004

2 Inhaltsübersicht Einleitung und Problemstellung Warum sind Korallen farbig? Welche Parameter nehmen Einfluß auf die Farbigkeit? Wie kann man die Farbigkeit optimieren? Zusammenfassung

3 Einleitung Farbige (Stein)Korallen sind heute das Maß aller Dinge. Detailaufnahme Aquarium Markus Resch, Langquaid (Bayern) Foto: Robert Baur-Kruppas

4 Einleitung Problemstellung Korallen verlieren Ihre Farben, insbesondere nach dem Import/Kauf

5 Einleitung Fotos: Dieter Brockmann. aus: das Aquarium 08/2002 Montipora sp. Lila aus Fiji im Händleraquarium Ein Ableger der linken Koralle im Aquarium von Dr. Dieter Brockmann hat die ursprüngliche Farbe nach wenigen Wochen verloren (siehe Artikel: Brockmann, D. (2002). Das Aquarium

6 Einleitung Problemstellung Korallen verlieren Ihre Farben, insbesondere nach dem Import/Kauf Die Farbausbildung verändert sich nach bestimmten Veränderungen im Aquariensystem

7 Einleitung Fotos oben: Dieter Brockmann. aus: das Aquarium 08/2002

8 Einleitung Problemstellung Korallen verlieren Ihre Farben, insbesondere nach dem Import/Kauf Die Farbausbildung verändert sich nach bestimmten Veränderungen im Aquariensystem Was ist die Ursache?

9 Einleitung Aufgabenstellung Wie können wir die Farbigkeit von Korallen beeinflussen? Lösungsansätze Was sind Farben (Chemie)? Warum bildet eine Koralle Farben (Biologie)? Was braucht eine Koralle, um Farben zu bilden?

10 Warum sind Korallen farbig? Biologische Ursache Chemische Ursache weil sie bestimmte Funktionen erfüllen weil sie Pigmente besitzen, die mit Licht wechselwirken 1) Strahlungsschutz 2) Lichtverstärker Chromoproteine ( Pocilloporine Pocilloporine ) Was bedeuted das für die Aquaristik?

11 Warum sind Korallen farbig? Chemische Ursache Die Farben der Korallen sind Proteine, die eine farbgebende Struktur besitzen (Chromoproteine( Chromoproteine) Sie werden nicht von Zooxanthellen gebildet Da sie zuerst in der pinken Farbmorphe von Pocillopora damicornis nachgewiesen wurden, nennt man sie auch Pocilloporine Pocilloporine Es gibt verschiedene Pocilloporine,, manche fluoreszieren, manche sind plakativ gefärbt und fluoreszieren nicht

12 Warum sind Korallen farbig? Fluoreszierende und plakative Pocilloporine Fluoreszierendes Pocilloporin Plakatives Pocilloporin Fotos: Michael Mrutzek

13 Warum sind Korallen farbig? Vier Pocilloporingruppen Gruppe 2 Pocilloporin Gruppe 4 Pocilloporin Gruppe 3 Pocilloporin Anregungswellenlänge (λ)( Fluoreszenz-Emission (λ)( Gr. 1(F) nm (UV) nm (violett) Gr. 2(F) nm (violett) nm (blau) Gr. 3(F) nm (blau) nm (grün) Gr. 4(P) nm (grün) nm (rot) F = fluoreszierende Chromoproteine,, P = plakative Chromoproteine

14 Warum sind Korallen farbig? Biologische Ursache Chromoproteine erfüllen eine biologische Funktion Fluoreszierende Pocilloporine Strahlungsschutz Lichtverstärker Plakative Pocilloporine Strahlungsschutz (?)

15 Blastomussa merleti Acropora spicifera Warum sind Korallen farbig? Biologische Funktion fluoreszierender Chromoproteine Fluoreszierende Chromoproteine liegen frei im Gewebe vor (z.b. Blastomussa) als Proteinkristalle zusammengefaßte Granula vor

16 Warum sind Korallen farbig? Strahlungsschutz durch fluoreszierende Chromoproteine Pocilloporin-Garnula in den Tentakelspitzen von Seriatopora caliendrum erzeugen eine Reflektionsschicht, und vermindern so die Strahlungsintensität für die Zooxanthellen

17 Licht Warum sind Korallen farbig? Fluoreszierende Pocilloporine als Lichtverstärker Zooxanthelle Chromoproteinschicht Licht Fotos: D. Schlichter. aus: Korallenriffe. Meer und Museum Bd 14. Stralsunder Meeresmuseum

18 Warum sind Korallen farbig? Strahlungsschutz durch plakative Pocilloporine? Bei Ebbe trockengefallenes Riffdach, auf dem sehr farbige Korallen.siedeln. aus: Fossa&Nilsen. Das Riffaquarium Bd1.BSV Hängt die Strahlungsintensität mit dem Auftreten von Farben zusammen? Keine UV-Schutzpigmente Strahlungsschutz als nicht überprüfte Hypothese

19 Einfluß auf die Farbigkeit Die Farbigkeit von Korallen hängt ab, von 1) der genetischen Kompetenz 2) dem Strahlungsspektrum und der Strahlungsintensität 3) dem Nährstoffgehalt und der Nährstoffverfügbarkeit für Zooxanthellen 4) dem Ernährungszustand der Koralle

20 Einfluß auf die Farbigkeit 1) Genetische Kompetenz farbig braun Es gibt Korallen, denen die genetischen Informationen zur Farbbildung fehlen, und dadurch niemals farbig werden können. Sie sind genetisch inkompetent.

21 2) Strahlungsspektrum Einfluß auf die Farbigkeit

22 2) Strahlungsspektrum Einfluß auf die Farbigkeit Fluoreszierende Pocilloporine absorbieren im kurzwelligen UV- und Blaubereich Anregungswellenlängen nm Plakative Pocilloporine absorbieren im längerwelligen grün rot Bereich Anregungswellenlängen nm

23 Einfluß auf die Farbigkeit Absorption units peaks [nm] pigment Chl a Chl c Peridinin Chl a+c Chl a+c Chl a wavelength [nm] Absorptionsspektrum Seriatopora hystrix acetonischer Extrakt, braune Farbmorphe

24 Aus: Joshi, S & Mark, T (2004): Advanced Aquarist s Online Magazine Vol. 3(1) Einfluß auf die Farbigkeit Aqualine Buschke 250W 10000K Ushio 250 W 10000K BLV HIT 10000K Giesemann Megachrome 10000K

25 Aus: Joshi, S & Mark, T (2002): Advanced Aquarist s Online Magazine Vol. 1(3) Einfluß auf die Farbigkeit Fluoresz. Chl a pink blau

26 Aus: Joshi, S & Mark, T (2002): Advanced Aquarist s Online Magazine Vol. 1(3) Einfluß auf die Farbigkeit Fluoresz. Chl a pink blau

27 Einfluß auf die Farbigkeit Fluoresz. Chl a grün pink blau

28 2) Strahlungsintensität Einfluß auf die Farbigkeit Photosynth.. aktive Strahlung (PAR) nm Strahlungsintensität ausgedrückt als Photonenflußdichte (PFD), in µmol Photonen m -2 s W HQI Brenner, 30 cm über Wasseroberfläche (WO), PFD 10 cm unter WO: ca. 300 µmol m -2 s -1 Riff, 12 Uhr, wolkenlos WO: >1400 µmol m -2 s -1 Riff, 12 Uhr, wolkenlos 5 m Tiefe: ca. 500 µmol m -2 s -1

29 2) Strahlungsintensität Einfluß auf die Farbigkeit Plakative Pigmente sind i.d.r. Starklicht-Pigmente Fluoreszierende Pigmente Starklicht (als Schutzfunktion) Schwachlicht (als Lichtverstärker)

30 Einfluß auf die Farbigkeit 3) Nährstoffverfügbarkeit für Zooxanthellen Der Nährstoffgehalt insbesondere der Stickstoffgehalt hat sichtbaren Effekt auf die Zooxanthellendichte im Korallengewebe bei einer Nährstofferhöhung nimmt sie i.d.r. zu (Gewebe wird dunkler/brauner) bei einer Nährstoffabsenkung nimmt sie i.d.r. ab (Gewebe wird heller, beige-cremefarben)

31 Einfluß auf die Farbigkeit Foto: Michael Mrutzek Je höher die Zooxanthellendichte,, desto stärker werden die Farben der Chromoproteine überlagert! Die rechte Koralle hat durch eine sehr geringe Zoox.-Dichte ein transparentes Gewebe. In diesem Falle handelt es sich um eine genetisch inkompetente Seriatopora caliendrum

32 Einfluß auf die Farbigkeit 3) Nährstoffverfügbarkeit für Zooxanthellen Hohe Nährstoffgehalte im Aquarium Starke Vermehrung der Zooxanthellen Anstieg in der Zooxanthellendichte (Farbverdeckung) Disharmonische Symbiose - weniger C-TranslokationC - weniger Energie

33 Einfluß auf die Farbigkeit 4) Ernährungszustand der Korallen Aminosäureverfügbarkeit (als host release factor) Freie Aminosäuren liegen in den Zellen vor und bewirken eine Abgabe von Glycerol von den Zooxanthellen an die Koralle Hungernde Korallen haben nicht genug Energie für die Pigmentsynthese

34 Optimierung Die Synthese (Herstellung) von Chromoproteinen ist energieaufwendig und muß für die Koralle Sinn ergeben Koralle braucht Energie Prinzip: Reiz & Reizantwort

35 Optimierung Aquarium Erwin Hesse, Bremen Fotos oben/unten: Michael Mrutzek Aquarium Markus Resch, Langquaid Fotos oben/unten: Robert Baur-Kruppas

36 Optimierung Die Beleuchtung entscheidet primär über die Farbigkeit Blaulastige Leuchtmittel erzeugen Fluoreszenzen (wie bei Erwin Hesse) Vollspektrum-Leuchtmittel fördern plakative Farben, vorausgesetzt, dass die spektralen Anteile emittiert werden (wie bei Markus Resch)

37 Nährstoffverhältnisse Optimierung Ausgeglichene Nährstoffverhältnisse, keine Limitierungen (v.a. Nitrat und Phosphat) Niedrige, aber ausreichende Nährstoffgehalte um die Zooxanthellendichte niedrig zu halten Angemessene Spurenelementversorgung Eisen scheint bei der Synthese von Chromoproteinen essentiell zu sein Ebenfalls die Halogene Iod,, Fluor und Brom.

38 Zusammenfassung Chromoproteine werden unabhängig von der Koralle gebildet Man unterscheidet fluoreszierende von plakativen Chromoproteinen Plakative Farben benötigen meist hohe Strahlungsintensitäten und ein ausgeglichenes Spektrum Fluoreszierende Farben werden durch UV- und blaulastige Strahlung gefördert Ausgeglichene Nährstoffverhältnisse sind wichtig

39 Vielen Dank!