Photobiologische, energetische und genetische Aspekte des mutualistischen Zusammenlebens von Zooxanthellen (Symbiodinium sp.) und Steinkorallen im Golf von Aqaba, Jordanien

Abstract

Die Bedeutung des Beitrages der phototrophen Energiebereitstellung durch die Zooxanthellen und die Untersuchung von Mechanismen, die eine Effektivierung der autotrophen Energiebereitstellung ermöglichen wurden an vier Steinkorallenarten des nördlichen Roten Meeres (Golf von Aqaba) mit unterschiedlichen Hauptwachstumstiefen durchgeführt. Die ausgewählten Steinkorallenarten wurden trotz ihrer eindeutigen Tiefenpräferenz in Tiefen von 5 bis 40 m gefunden. In welchem Maß die Zooxanthellen der untersuchten Steinkorallenarten in der Lage sind sich an das verändernde Lichtklima anzupassen und somit der Wirtskoralle ein größere Verbreitungszone zu erschließen, wurde anhand biochemischer und photokinetischer Parameter untersucht. Mit Hilfe von enzymelektrophoretischen Untersuchungen wurde versucht Anhaltspunkte zu finden, die auf genetische Unterschiede zwischen den Symbionten aus verschiedenen Wirtsarten oder aus unterschiedlichen Tiefen hinweisen. Die Freilandbeobachtungen und Laboruntersuchungen konnten zeigen, dass trotz der eindeutigen Tiefenpräferenzen der untersuchten Steinkorallenarten, sowohl die Wirtskorallen als auch die Symbionten in der Lage sind sich an die suboptimalen Bedingungen außerhalb ihrer Hauptwachstumszonen an zu passen. Die Wirtskolonien zeigen Anpassungen hinsichtlich der Kolonieform, der Biomasse und des Energiebedarfs. Die Korallen reduzieren ihren Gewebeanteil mit der Tiefe. Die Reduzierung des Wirtsgewebes führt zu einer reduzierten Stoffwechselrate und somit zu einem geringeren Energieverbrauch. Die Verminderung der Stoffwechselrate konnte durch die tiefenabhängige Abnahme der Respiration der Kolonien gezeigt werden. Die Anpassung des Photosyntheseapparates der Zooxanthellen an die mit der Tiefe geringer werdenden Photonenflussdichten, erfolgte bei allen Arten über die Erhöhung der Peridininkonzentration und nicht wie häufig in der Literatur beschrieben über eine Erhöhung der Chl a -Konzentration. Vertikal durchgeführte Versetzungsexperimente mit M. elephantotus Kolonien konnten zeigen, dass durch die Versetzung tatsächlich nur die Peridininkonzentrationen an die Versetzungstiefen angepasst wurden. Einen Hinweis darauf, dass nicht nur die Photonenflussdichten die Anpassungsmechanismen beeinflussen, sondern weitere tiefenabhängige Faktoren eine Rolle spielen könnten, wurde durch horizontale Versetzungsexperimente mit M. elephantotus Kolonien gegeben. Wurden die Kolonien in der gleichen Tiefe von einem gut beleuchteten Standort an einen dunklen umgesetzt, so wurde die Chl a -Konzentration signifikant angehoben, während die Peridininmenge unverändert blieb. Inwieweit die beschriebenen Anpassungsmechanismen zur Steigerung der Photosyntheseleistung führen und damit die optimale Wachstumszone der Wirtskoralle erweitern kann, wurde Sauerstoffproduktionsmessungen untersucht. Die Ergebnisse weisen darauf hin, daß die Anpassungsfähigkeit der Symbionten an veränderte Umweltbedingungen, auf einer breiten physiologischen Plastizität beruht. Die Zooxanthellen der Untersuchten Arten können ihren Photosyntheseaparat über das gesamte Tiefenspektrum von 5 bis 40 m an die Umgebungsbedingungen anpassen und so die Photosyntheseleistung optimieren. Bei der Betrachtung der Anpassungsfähigkeit der Kolonien (Wirt & Symbiont) ist die Tiefenpräferenz trotz der Anpassungsfähigkeit der Gesamtsymbiose noch deutlich zu erkennen. Dies lässt die Vermutung zu, dass nicht eine besondere Zooxanthellenart, sondern der Wirtseinfluss eine maßgebliche Rolle spielt. Die Enzymelektrophoretischen Untersuchungen konnten bestätigen, dass die untersuchten Zooxanthellen über ein breites physiologisches Reaktionsmuster verfügen müssen, da für die auswertbaren Enzyme weder eindeutige Unterschiede der Zooxanthellen aus dem Gewebe von M. elephantotus und A. squarrosa Kolonien in Abhängigkeit von der Tiefe, noch eine eindeutige Wirtsspezifität für den Vergleich der symbiontischen Algen der untersuchten Steinkorallenarten zeigen. Da keine Unterschiede zwischen den Zooxanthellen von A. squarrosa und M. elephantotus gefunden wurden, die natürliche Verbreitung von A. squarrosa jedoch mehr in geringen Wassertiefen liegt und die von M. elephantotus in größeren Tiefen, ist es denkbar, daß es nicht nur die Zooxanthellen sind die, die Tiefenverbreitung der Korallen ermöglicht, sondern ebenso die Spezialanpassung der Wirtskorallenart, wie im Fall von M. elephantotus die Fähigkeit partikuläre Nahrung über Mucusnetze zu konzentrieren und aufzunehmen. Dies könnte M. elephantotus den Vorteil geben auch in größeren Tiefen zu existieren (Schlichter & Brendelberger, 1998). Das wiederum würde bedeuten, dass die möglicherweise schon vorhandenen Symbionten in den Eizellen bzw. Planulalarven der Korallen, nicht unbedingt die entscheidende Rolle spielen beim festsetzen der Polypen an einem bestimmten Standort