Forskere opdager en ny mekanisme, som kan udløse koraldød, når havet bliver varmere

Tropiske koralrev huser den største biodiversitet i havet, og dette vigtige økosystem er afhængig af, at der er revbyggende koraller. Disse danner nemlig kolonier af tusinder af små koraldyr, der aflejrer et kalkskelet, som former revets komplekse struktur. Lige så farverige og fascinerende koraller kan være, lige så følsomme er de over for de forandringer, som sker i havet i takt med den globale opvarmning og andre konsekvenser af klimaforandringerne.

Koraller har ligesom havets andre dyr behov for ilt for at leve, men højere havtemperaturer gør det sværere for dem at få den ilt. Det viser et nyt studie, som identificerer en hidtil overset konsekvens af varmere havvand for korallers biologi.

”Marine hedebølger optræder nu oftere og er mere intense på grund af den globale opvarmning, som påvirker koralrevene over hele verden. På samme tid falder iltindholdet i oceanerne. Begge ændringer er kritiske for livet i havet, og vores studie har nu fundet en mekanisme, der sammenkobler oceanernes opvarmning og faldende iltindhold, som i værste fald kan medføre akut koraldød,” fortæller professor på Biologisk Institut Michael Kühl og seniorforfatter på studiet.

Mikroskopiske strukturer udfører et kritisk job

Forskerne har brugt en kombination af laboratorieforsøg og matematisk modellering til at undersøge, hvordan mikroskopiske, hårlignende cellestrukturer (cilier) hjælper korallerne med at få ilt, og hvordan ciliernes bevægelse påvirkes af varmere havvand. De har netop publiceret deres resultater i det anerkendte tidsskrift Science Advances.

Korallernes overflade er dækket af tusinder af cilier, og når disse cilier bevæger sig i takt, skaber de små vandbevægelser lige ved korallens overflade. Dette øger iltforsyningen om natten, hvor korallerne er afhængige af at optage ilt fra det omgivende havvand.

I studiet så forskerne, at så længe de kun øgede temperaturen moderat, kunne korallerne dække deres øgede iltbehov ved at sætte ekstra gang i ciliernes bevægelse og dermed vandbevægelsen ved koraloverfladen. Korallerne kunne således kompensere for den højere temperatur ved at skrue op for deres ”åndedræt”, men dette varede ikke ved.

”Når vi skruede mere op for temperaturen, kunne ciliernes bevægelser og de resulterende vandstrømme ikke længere dække korallernes behov for ilt fra det omkringliggende havvand. Samtidig forbrugte koralvævet mere og mere ilt, hvilket betød, at vandet som cirkulerede lige over korallens overflade på grund af ciliebevægelserne, gradvist blev tømt for ilt,” fortæller Cesar Pacherres, som er førsteforfatter på studiet og adjunkt på Biologisk Institut.

En kritisk temperaturtærskel for korallen

Når havvandets temperatur overskred en kritisk tærskel, kollapsede ciliernes bevægelse. Dette skete i forskernes forsøg ved cirka 37 grader celsius, hvorefter cilierne bevægede sig langsommere og ikke længere synkront for til sidst at standse helt. Herved faldt iltforsyningen til korallerne dramatisk til et kritisk niveau, hvor koralvævet begyndte at gå i opløsning og i sidste ende førte til koraldød.

”Vi har udviklet en matematisk model, som kan simulere, hvordan forskellige miljømæssige forhold og biologiske tilpasninger påvirker den cilie-drevne iltforsyning til koraller. Vi kan f.eks. vise, at koraller, som øger deres metabolisme hurtigere med stigende temperatur, rammer den kritiske tærskel for iltforsyningen ved lavere temperaturer,” fortæller Dr. Soeren Ahmerkamp fra Leibniz Institute for Baltic Sea Research, som er medforfatter på studiet.

Forskerne understreger, at den nævnte temperaturtærskel ikke er universel for alle koraller, men sagtens kan være lavere afhængigt af lokale temperaturforhold og -tilpasninger på forskellige koralrev og blandt forskellige koralarter.

Et nyt perspektiv på koralblegning og død

Koraller er ikke kun udfordret af, at deres ciliebevægelser svigter ved høje temperaturer. De er samtidig sårbare over for koralblegning, som sker, når korallerne mister de alger, som tilfører energi og farve til korallerne.

Det nye studie viser, at de to processer hænger tæt sammen. Når havet bliver varmere, stiger korallens stofskifte og iltbehov, men hvis ciliernes evne til at transportere ilt svækkes, opstår der iltmangel netop i den fase, hvor korallen er mest presset.

”Denne iltstress kan forværre de biologiske processer, som fører til koralblegning, og i nogle tilfælde betyde, at korallen tager alvorlig skade eller dør, før blegningen overhovedet bliver synlig,” fortæller Michael Kühl.

Dermed er koralblegning ikke altid det første tegn på, at noget er galt hos korallen.

Små processer med store konsekvenser

Ændringer i ciliernes bevægelse kan således være et tidligt advarselstegn på, at koraller er under stress – længe før skaderne bliver synlige.

“Det er vigtigt, at man nu får undersøgt den nye mekanisme i forskellige koraller og andre organismer på koralrevet, for bedre at forstå, hvor den påvirker organismerne mest, og hvordan denne påvirkning ændrer sig fremadrettet under den igangværende klimakrise,” fortæller Cesar Pacherres og uddyber:

”Denne viden kan for eksempel bruges i forbindelse med lokale tiltag til bevarelse eller genskabelse af koralrev. Der er dog ingen tvivl om, at hvis vi skal forsinke eller stoppe koralrevene i at forsvinde på stor skala, så er det først og fremmest udledningen af drivhusgasser, vi skal have styr på. Det haster, idet klimaforandringerne allerede nu skader koralrevene på global skala,” afslutter han.

Perspektiverne rækker dog videre end koralrev alene. Mange andre havorganismer bruger nemlig også cilier til at styre deres vandbevægelser og iltforsyning. Den nyopdagede mekanisme kan derfor være relevant for en bred vifte af dyr – f.eks. havsvampe, søpunge og søanemoner – både på tropiske koralrev og i andre marine økosystemer, der allerede er presset af varmere og mere iltfattige have.

”Dermed viser studiet, hvordan små ændringer tæt på organismernes overflade kan få store konsekvenser for livet i havet, i takt med at klimaforandringerne intensiveres,” fortæller Michael Kühl.

***

FAKTABOKS: Koraller kan påvirke deres iltforsyning

Tidligere har man troet, at koraller passivt optager ilt fra havvandet, fordi de ikke har et egentligt åndedrætssystem. Den nye forskning viser nu, at koraller aktivt kan påvirke iltforholdene, ved at deres cilier skaber strømhvirvler tæt på overfladen.

Disse processer foregår i et meget tyndt lag vand på mikro- til millimeter-skala helt tæt på korallen og er derfor svære at opdage med almindelige målinger. Ved hjælp af avancerede kamerasystemer og nye målemetoder har forskerne nu for første gang kunnet se, hvordan ciliernes bevægelser påvirker både vandstrøm og iltforhold omkring korallerne, og hvordan varmere havvand påvirker disse processer.

***

FAKTABOKS: Forfatterne og støtte

Forskningen er udført i et tværfagligt samarbejde med biologer, fysikere og matematikere. Ud over Cesar Pacherres, Michael Kühl og deres specialestuderende Mads Bilbo og Mikkel Hansen ved Københavns Universitet har følgende forskere bidraget til studiet:

Soeren Ahmerkamp, Leibnitz Institute for Baltic Sea Research, Tyskland

Douglas Brumley, University of Melbourne, Australien

Max S. Dhillon og Manuel Aranda, King Abdullah University of Science and Technology, Saudi Arabien

Forskernes studie er publiceret i Science Advances, og er blevet støttet af Gordon and Betty Moore Foundation’s Aquatic Symbiosis Initiative med yderligere støtte fra Novo-Nordisk Fonden, Leibnitz Association, det australske forskningsråd (Australian Research Council) og et EU MSCA postdoc stipendie.

***