Thorsten Reusch GEOMAR Korallen 2h WS 17/18 (Marine) Biologie für Geologen

Thorsten Reusch GEOMAR Korallen 2h WS 17/18 (Marine) Biologie für Geologen

Was sind Korallenriffe? Symbiose und der Korallen-Holobiont Ökosystem Korallenriff: Funktion und Dienstleistungen für den Menschen Korallenriffe im Anthropozän Das Korallenbiom:+ Mangroven und Seegraswiesen Andere Korallenarten

Was sind Korallenriffe?

Lizard Isla Größte biogene Struktur unseres Planeten 80 km Cooktown Australien

Die Dolomiten (Alpen) sind 220 mio Jahre alte Riffe, mehrere 100 m mächtig

Korallenpolypen ein Nesseltier mit pflanzlichen Symbionten Nicolle Rager Fuller, 2011

Kraftwerke der Korallen symbiontische Algen Symbiodinium Bis zu 90%+ der Energiegewinnung ist photosynthetisch! coral_symbiosinium_ocean_si_edu

Wie bilden Korallen biogene Karbonate? Ionen /Protonenpumpen sind energieaufwändig!! Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Typen von Korallen Langsam -> schnellwüchsig Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Korallen bilden Hauptstrukturen, doch Kalkalgen zementieren diese zusammen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Biologische Erosion durch bohrende Schwammarten Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Korallen und Symbiose

Nährstoffe, Schutz, Habitat Photosyntheseprodukte

Kryptische Vielfalt der Symbiodinium- Typen Nur mit molekulargenetischen Markern aufzulösen

Verschiedene Typen von Symbiodinium haben unterschiedliche Temperatur-Toleranz, Schwellenwert-Funktion! Photosynthetic efficiency Warm-akklimatisiert nicht akklimatisiert Takahashi et al. 2013 Plant Physiology

Symbiodinium Typen wechseln Zusammensetzung in Korallen unter Einfluß unterschiedlicher Temperaturen Yurifuji et al. 2017

Nesselkapseln können Plankton erbeuten = doppelte Ernährungsweise

Neueste Erkenntnisse: noch mehr Holobiont, Symbiose 2.0 Peixoto et al. 2017

Korallen-Reproduktionsbiologie Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe Thompson et al. 2015 Front. Microbiol

Atollenstehung Theorie von Darwin

Grundlegende Rifftypen

Korallenriffe als Klimaarchiv Massive Riffe gehen mehrere 10000 Jahre in die Vergangenheit Jahresringe eines Korallenkernes in der Röntgenaufnahme

Isotopenverhältnisse 16 O / 18 O in Karbonaten indikativ für historische Wassertemperaturen Anreicherung von leichtem 16 O Selten (nur 0,2%) Nicht radioaktiv!! Leichteres 16 O verdunstet leichter und gelangt bei höheren Temperaturen verstärkt via Niederschläge in den Ozean

Isotopenverhältnisse 16 O / 18 O indikativ für Wassertemperaturen Anreicherung von leichtem 16 O Jahresringe

Ökosystem Korallenriff

30% der marinen biologischen Vielfalt in Korallenriffen Census of marine Life COML Heutige Verbreitung Korallenriffe

Produktivität (Primärproduktion) des Ökosystems Korallenriff

Nährstoffe, Schutz, Habitat Photosyntheseprodukte

Intakte Riffe - Biomasse-Pyramide auf dem Kopf Überfischungsgrad Sandin and Zgliczynski 2015

Wie kommt es zu einer invertierten Biomasse-Pyramide?

Intakte Riffe - Biomasse-Pyramide auf dem Kopf

Ökosystemfunktionen und diensteistungen ( services )

Monetäre Abschätzung der Ökosystemdienstleistungen corareef_value_wwfpanda

Ökosystemdienstleistungen von Korallenriffen-Küstenschutz

Artisanale Fischerei Source: SeaWeb

Tourismus Tourismus Großes Barriereriff (Australien) geschätzt 9 Mrd Aus$ Source: http://dreams.efusionerp.com/login/user%20files/dreams/greatbarrier-reef-yacht-snorkelling-tq.jpg

Korallen im Anthropozän - Gefährdungen

www.globalcoralbleaching.org

Dramatischer Verlust von Korallenriffen R Vevers, XL Catlin Seaview Survey

Physiologie der Korallenbleiche source: http://www.gbrmpa.gov.au/

Physiologie der Korallenbleiche source: http://www.gbrmpa.gov.au/

Temperatur-Schwellenwert und El Nino im Australsommer (März)

2015/2016 El Nino und Temperaturanomalie im Oberflächenwasser

Wirken zusammen mit mittleren Temperaturen des Breitengrades 2015-2016 Korallenbleiche Großes Barriereriff 20 S

Weitere Bedrohungen von Korallenriffen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe Kopplung Land-> marine Ökosysteme

Tropische Wirbelstürme massive tabulate coral, Acropora cytherea Auswirkungen Hurricane MEKI auf Hawaii 2009, 10 m Tiefe

Bedrohung durch Ozeanversauerung Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Energieaufwand der Kalzifizierung steigt bei niedrigen ph Werten!! Bei Aragonit-Untersättigung können sich ungeschützte Skeletteile auflösen! Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Direkte Effekte durch niedrige ph wahrscheinlicher IPCC 2014

Zeitmaschinen natürliche CO 2 -Austritte, Milne Bay, Papua- Neuguinea Fabricius et al. 2011

Synergistische Wirkung Erwärmung + Versauerung zwei pco 2 -Partialdrücke: 450 uatm (2020), 700 uatm (2100) Stylophora pistilata Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe P Wechselwirkung Temp x pco 2 <0.001 hohe Temperaturen und niedriger ph (hoher pco 2 ) führen synergistisch zu niedrigen Kalzifikationsraten Reynaud et al 2004

Etwa 80% Riffverlust in der Karibik seit 1970!! Rhim and Young 2014

Biologische Wechselwirkungen und Riffverlust in der Karibik Papageienfisch kontrolliert Aufwuchsalgen, ist aber lokal durch Überfischung + Verlust der Mangroven ausgerottet

Verlust von Mangroven und Aufwuchsgebieten für Papageienfische Papageienfisch kontrolliert Aufwuchsalgen, ist aber lokal durch Überfischung ausgerottet

Massensterben von Diadema Seeigeln in 1983 durch natürlichen Krankheitserreger Wichtig um Aufwuchsalgen durch Abweiden zu kontrollieren!

Massensterben von Diadema Seeigeln in 1983 -> Ökosystem ist in alternativem stabilen Zustand

Die Zukunft von Korallenriffen

Korallenriffe in geologischen Zeitskalen Silur Spätes Trias

Aktive Gegenmaßnahmen: Wiederansiedlung von Riffen Brandon Cole

Neue Methoden des Korallenschutzes Van Oppen et al PNAS 2015

Fragen?

Zwei weitere eng vernetzte Habitate: Seegraswiesen und Mangroven

Funk9onelle Kopplung: Kinderstuben Waycott et al 2011

Funk9onelle Kopplung: Nahrungswanderungen Waycott et al 2011

Backreef und Lagunen: Seegraswiesen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Seegräser sind Blütenpflanzen, keine Algen Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe

Shifting baseline-problem Beispiel Karibik Historische Abundanzen von geschätzt 90 mio Suppenschildkröten, heute wenige 10 000, Jackson et al. 2001

Aquakultur und Ökosystem- Dienstleistungen: Garnelenzucht in Mangrovenwäldern Rekrutierung für Jungfische Holz Sedimentfalle Nährstoffilter Erosionskontrolle

1987 Mangrove Conversion Honduras Source: Millennium Ecosystem Assessment; Sathirathai and Barbier 2001

1999 Mangrove Conversion Honduras Source: Millennium Ecosystem Assessment; Sathirathai and Barbier 2001

$4000 Value (per hectare) Private Public Net Net Present Value per per hectare Mangrove: $91 $1,000 to $3,600 Shrimp Farm: $2000 $-5,400 to $200 $2000 Coastal Protection (~$3,840) Net: $2,000 (Gross $17,900 less costs of $15,900) 0 Source: Millennium Ecosystem Assessment; Sathirathai and Barbier 2001 Mangrove Fishery nursery ($70) Timber and Nontimber products ($90) Shrimp Farm Less Source: subsidies UNEP (-$1,700) Pollution Costs (-$230) Restoration (-$8,240)

Kohlenstoff-Speicherung in Seegraswiesen und Mangroven blue carbon Sedimentwolke nach heftigen Niederschlägen + Nährstoffe Bis zu 10% des gesamten biologisch gebunden Kohlenstoffs in den Weltmeeren durch Mangroven /Salzmarschen /Seegräser!

Andere Korallenarten

Vorkommen von Kaltwasser korallen Lophelia Oculina Gorgonaria andere Datenquelle Armin Form

Vergleich Kaltwasser - Warmwasserkorallen Warmwasserkorallen Kaltwasserkorallen Temperaturbereich 20 bis 29 C 4 bis 13 C Tiefenbereich 0 50 (100) m 39 > 1.000 m Ernährung gelöst. org. Material und Photosynthese gelöst. org. Material und Zooplankton Symbiontische Algen ja (Zooxanthellen) nein Wachstumsrate bis zu 150 mm/jahr 2 26 mm/jahr Riffbildende Arten ca. 800 Arten wenige, nur 6 Hauptarten größter Riffkomplex Verbreitung Großes Barriereriff, Australien 30.000 km 2 Subtropen/Tropen 30 N bis 30 S Røst-Riff, Norwegen 100 km 2 weltweit Zusammenstellung Armin Form 76

Lophelia pertusa Häufigste riffbildende Kaltwasserkorallenart Vorkommen: global außer an Polen Tiefenzone: 39 m bis 3383 m Temperaturbereich: 4 C bis 12 C Wachstum: ca. 2-26 mm pro Jahr Älteste lebende Riffe: > 8000 Jahre J. E. Gunnerus, 1768 Quelle: Moen (2006) Zusammenstellung Armin Form 77

Korallenökosysteme Biodiversitäts Hot Spots der Tiefe Wer wohnt alles an, auf und in einem Korallenriff? 3 Hauptzonen Aufbau eines typischen Lophelia-Riffs lebende Korallen ca. 20 Polypengenerationen wenig permanente Organismen häufig mobile Organismen totes Korallengerüst kaum lebende Korallen höchste Diversität im Riff Mobile & sessile Organismen Korallenschotter oft breiter Sockel um Riff verborgene Fauna oft divers Grafik: Freiwald et al. 2004, Fotos: K. Hissmann Zusammenstellung Armin Form 78 78

Zerstörung von Tiefseekorallen durch Fischerei 79 79

Fragen?