Im vergangenen Sommer wartete Mary Hagedorn sechs Wochen lang auf der Insel Curaçao auf die eine Nacht im Jahr, in der Elchhornkoralle - eine große, verzweigte Koralle, die Elchgeweihen ähnelt - laicht. Als der Sommer in den September überlief, setzte die umweltbedrohte Koralle schließlich riesige Wolken aus Ei- und Spermabündeln frei. Hagedorn hatte das, worauf sie wartete: frische Koralleneier, die mit 10-jährigem kryokonserviertem oder gefrorenem Sperma gekreuzt werden konnten.

Hagedorn ist außerordentlicher Professor am Hawaii Institute of Marine Biology und wissenschaftlicher Mitarbeiter am Smithsonian Conservation Biology Institute. Sie hat sich einen Namen gemacht, weil sie das Gebiet der Kryobiologie von Korallen geschaffen hat, untersucht hat, wie Korallenzellen bei kalten Temperaturen reagieren, und untersucht, ob das Einfrieren von Korallen mit flüssigem Stickstoff dazu beitragen kann, gefährdete oder bedrohte Korallenpopulationen zu erhalten und auszubauen. Hagedorn hilft auch beim Aufbau des ersten Genomspeichers für Korallenspermien. Ihr Ziel auf Curaçao war es, 10-jähriges Sperma mit frischen Eiern aus der westlichen Karibik zu kreuzen, um festzustellen, ob gefrorenes Korallensperma aus einem Gebiet der Karibik aufgetaut und mit Koralleneiern derselben Art in einem anderen Gebiet gekreuzt werden konnte.

Kryobiologie war einst der Stoff für futuristische Filme. Heute rettet es vielleicht die Korallenriffe der Zukunft. Im Oktober veröffentlichte das Zwischenstaatliche Gremium der Vereinten Nationen für Klimawandel einen Sonderbericht, in dem ein weltweiter Verlust von Korallenriffen aufgrund des Klimawandels von 70 bis 90 Prozent prognostiziert wird. Dies ist insofern von Bedeutung, als in Korallenriffen zu einem bestimmten Zeitpunkt in ihrem Lebenszyklus mehr als ein Viertel aller Meereslebewesen beheimatet sind, einschließlich vieler Fischarten, die wir essen.

Medium sprach mit Hagedorn und Postdoktorand Jonathan Daly, der ihre Forschung unterstützt.

Mittel: Beginnen wir mit den Grundlagen. Warum ist Korallenkryobiologie wichtig?

Mary Hagedorn: Die Kryobiologie von Korallen kann die [lebenden Zellen] von bedrohten Riffgebieten einfrieren und lagern. Dieses Material kann dann aufgetaut und verwendet werden, um beschädigte Populationen wiederzubeleben oder die Ozeane der Zukunft neu zu besäen.

Elkhorn-Korallen gab es in der Karibik früher reichlich, aber jetzt ist es eine der am meisten bedrohten Korallen. Wie könnte die Kryobiologie eingesetzt werden, um sie wiederzugewinnen?

Hagedorn: Korallen laichen nur wenige Nächte pro Jahr und nur wenige Stunden pro Nacht. Aus diesem Grund haben wir nur wenig Zeit, um zu untersuchen und zu verstehen, wie Korallenzellen auf verschiedene kryobiologische Verfahren reagieren könnten. Eine davon wird als assistierter Genfluss bezeichnet, wobei [Korallen] -Gene aus anderen Gebieten das Überleben einer entfernten Population derselben Spezies verbessern könnten. Es wurde bereits nachgewiesen, dass der assistierte Genfluss in einigen Korallenpopulationen zwischen der nördlichen und der zentralen Great Barrier Reef-Koralle funktioniert. In diesem Fall haben sie jedoch die Kolonien tatsächlich umgesiedelt, sodass sie frische Eier und Sperma aus den beiden Regionen gekreuzt haben. Wir entwickeln die Werkzeuge für den unterstützten Genfluss durch das Bewegen von gefrorenem Sperma. Dies ist wichtig, da Populationen, die fragmentiert sind, möglicherweise nicht mehr in derselben Nacht erscheinen und somit mehr Isolation und Verlust der genetischen Vielfalt verursachen. Dies ist bereits für die bedrohte Elchhornpopulation in den Florida Keys geschehen.

Sie haben also endlich Ihre frischen Eier mit Ihrem 10 Jahre alten kryokonservierten Sperma auf Curaçao kreuzen lassen?

Hagedorn: Es war ein sehr, sehr langer Prozess, da es sich um einen Split-Spawn handelte, was bedeutet, dass es im August zwei Vollmonde gab. In diesem Fall erscheinen die Korallen normalerweise beide Male. Vielleicht ist das eine Mal besser als das andere, aber Sie erhalten beide Male Material. Auf Curaçao ist das nicht passiert. Tatsächlich sind sie erst am letzten Tag erschienen und wir haben sechs Wochen gewartet. Es war brutal. Ich war die Küstenperson, aber es tat mir so leid, dass meine Kollegen sechs Wochen lang jede Nacht tauchten.

Bedeutet dies, dass Sie diese Korallenkreuze in Gebieten mit geringer Häufigkeit von Elchhornkorallen freigeben werden?

Hagedorn: Das darf vielleicht nicht sofort passieren. Es gibt sehr strenge Genehmigungsfragen. Ich weiß die Antwort nicht. Unsere Aufgabe ist es, die Wissenschaft zu beweisen, die Befruchtung mit kryokonserviertem Sperma zu testen. Dann ist unser nächster Schritt das Gespräch mit den Managern. Wir treffen uns im Dezember, um über unsere Ergebnisse zu sprechen und zu sehen, was wir von dort aus tun.

Wie schnell können wir realistisch gesehen kryokonservierte Korallen sehen, die bei der Erhaltung von Korallenriffen zum Einsatz kommen?

Hagedorn: Im Moment versuchen wir, unzählige bewegliche Teile zusammenzubringen, z. B. das Sperma einzusammeln, diese gefrorenen Zellen an den richtigen Ort zu bringen, Genehmigungen für diese Arbeit zu erhalten und die für diese Arbeit benötigten frischen Eier zu beschaffen. Das bedeutet, lange Wochen darauf zu warten, dass Korallenpopulationen laichen - die Eizellen mit dem gefrorenen und aufgetauten Sperma beurteilen und befruchten, die Larven aufziehen, die Ansiedlung herbeiführen und die Siedler aufziehen. Dieser Prozess ist Jahre in der Herstellung.

Gibt es Hoffnung, dass sich Korallen auf natürliche Weise an die Erwärmung der Meere anpassen?

Jonathan Daly: Wir können uns Korallen hier in Kaneohe Bay, Hawaii, ansehen, um Antworten zu erhalten. 1970 brachte Paul Jokiel vom Hawaii Institute of Marine Biology fünf Arten in Gefangenschaft und setzte sie erhöhten Temperaturen aus. Ungefähr 80 Prozent der Korallen starben. Vor kurzem wurde dasselbe Experiment mit denselben Tanks, derselben Art und denselben Temperaturspannungsprofilen wiederholt, jedoch mehr als 40 Jahre später. Erstaunlicherweise lebten 80 Prozent der Korallen. Wenn genügend Zeit zur Verfügung steht, kann sich die Koralle natürlich an einige Veränderungen der Meerestemperatur anpassen. Es sind schnelle und wiederholte Erwärmungsereignisse, die für die Korallenpopulationen am schädlichsten sind, weil die Erwärmung die Fortpflanzung stört. Ohne Reproduktion findet keine Anpassung statt.

Was kommt als nächstes?

Hagedorn: Wir werden uns in den nächsten Jahren auf mehrere Bereiche konzentrieren. Erstens, die Konservierungsmethoden für kleine Korallenfragmente so zu entwickeln, dass wir nicht mehr immer auf die Fortpflanzung von Korallen beschränkt sind. Bei Erfolg könnten diese „Mikrofragmente“ das ganze Jahr über eingefroren und dann aufgetaut und verwendet werden, um schnell neue Korallen zu erzeugen. Diese können in Gefangenschaft gehalten oder auf Riffen ausgesetzt werden, sobald die entsprechenden Genehmigungen vorliegen.

Zweitens: Entwicklung von Hochdurchsatztechniken. Bisher produzieren die Kryokonservierungsprozesse wie das Einfrieren von Embryonen am Ende des Tages nur Hunderte von gefrorenen und aufgetauten Larven. Um eine erfolgreiche Restaurationstechnik zu sein, müssen wir in wenigen Stunden Hunderttausende produzieren. Dies erfordert schnellere und mechanisiertere Prozesse zum Einfrieren und Auftauen.

Drei, die robustere und verteilte Wildtierbänke auf der ganzen Welt und möglicherweise im Weltraum entwickeln, die sicher Korallenmaterial für ein bis zehn oder Hunderte von Jahren aufbewahren können.

Koralle im Weltall?

Hagedorn: Wir müssen noch viel tun, bevor wir kryokonserviertes Material sicher im Weltraum lagern können. Wir benötigen jedoch eine ähnliche Art der Lagerung wie für Saatgut im Svalbard [Global Seed Vault]. An verschiedenen Orten im Weltraum können wir kryokonserviertes Material sicher bei minus 196 Grad Celsius lagern. Wir müssten einen ausreichenden Schutz für das Biomaterial entwickeln, um es vor schädlicher Strahlung zu schützen.