Environmental ScienceBites Volume 2

Korallen spielen eine zentrale Rolle in marinen Ökosystemen und wirken sich in erheblichem Maße auf den Menschen aus. Diese Meeresarten sind mit steigenden Temperaturen bedroht, und Menschen nutzen Fangtechniken, die Fische betäuben und schädliche Chemikalien in die Ozeane freisetzen. Wird Cyanid für Korallen weiterhin problematisch sein oder werden neue Forschungen zu alternativen Fangmethoden führen?

Abbildung 1. Korallen zeigen Anzeichen von Bleiche, wenn sie anfangen, weiß zu werden. Dieser Effekt kann die Koralle schwer schädigen und schließlich zum Tod führen. Foto mit freundlicher Genehmigung der Oregon State University, 2012, FlickrCommons. CC BY-SA 2.0.

Korallen sind Meerestiere, deren Polypen endosymbiotische Beziehungen zu Algen der Gattung Symbiodinium eingehen.5 Diese Dinoflagellaten, bekannt als Zooxanthellen, sind entscheidend für die Gesundheit der Korallen, da sie Photosynthese betreiben und Energie in Form von Zucker liefern.2 Korallenbleiche ist ein Prozess, bei dem die Korallen ihre Algensymbionten ausstoßen, um ihre Überlebenschancen zu erhöhen, was zu einer Verfärbung der Korallenkolonien führt (Abbildung 1).2 Die Algen können ersetzt werden, aber die Korallen sterben bald nach dem Ereignis ab, wenn sie keine neuen Algen erwerben.4

Korallen spielen eine zentrale Rolle in marinen Ökosystemen. Sie bieten Schutz und Substrat für viele verschiedene Arten von Fischen und Wirbellosen. Darüber hinaus sind ihre Auswirkungen auf den Menschen erheblich. Korallenriffe mildern Schäden an Strandeigenschaften, indem sie Wellen dämpfen, die sonst den Strand erodieren würden. Darüber hinaus wird geschätzt, dass Korallenriffe durch Fischerei, Biomedizin und Tourismus Einnahmen in Milliardenhöhe erzielen.4 Daher ist die Erhaltung von Korallenriffen für den Schutz der Ozeane von entscheidender Bedeutung.

Abbildung 2. Was verursacht Korallenbleiche? Mit freundlicher Genehmigung der NOAA, 2017. Gemeingut.

Drei Hauptstressoren werden üblicherweise im Zusammenhang mit Korallenbleichereignissen bewertet. Erstens wird die rasche Erwärmung der Ozeane oft als Hauptfaktor für massive Korallenbleichereignisse angeführt.3,4,5 Bei steigenden Temperaturen stoßen Korallen ihre Endosymbionten aus. El Nino-Vorkommen, ein Hauptauslöser früherer Bleichereignisse, werden voraussichtlich mit steigenden globalen Temperaturen häufiger auftreten.2 Dies könnte zu drastischen Veränderungen der Bedingungen führen, denen Korallen möglicherweise nicht standhalten können. Explosionsangeln kann sich auch negativ auf Korallen auswirken. Beim Sprengen werden Fische mit Sprengstoff betäubt, um sie leichter fangen zu können.10

Kaliumnitrat wird in lokalen Gemeinden häufig als billige Methode zur Erzeugung wünschenswerter explosiver Wirkungen verwendet.10 Dieser Prozess führt häufig zu fragmentierten Korallen, die von der Explosionsquelle stammen, und kann erhebliche Auswirkungen auf die Gesundheit der Riffe haben.10 Schließlich ist Zyanidfischen eine gängige Praxis, bei der Zyanid verwendet wird, um Fische zu betäuben und sie leichter zu fangen.1,2,3,6,8,9,10,11 Es kann auch Fische töten, die höhere Dosen zur Betäubung größerer Fische nicht vertragen. Etwa 70% der für Aquarien gefangenen Fische werden mit Natriumcyanid gefangen.3 Es ist in vielen Ländern illegal, aber in Regionen ohne Vorschriften immer noch weit verbreitet.9 Cyanid kann lokale Bleichereignisse auslösen, indem es die photosynthetische Aktivität des Symbiodiniums hemmt.1,5,7,8

Es gibt eine beträchtliche Menge an Forschung, die die Auswirkungen der oben genannten Stressoren untersucht. Insbesondere sind viele Forscher daran interessiert zu erfahren, wie chemische Stressoren die Gesundheit von Korallen beeinflussen können. Ein Großteil der Forschungsarbeiten konzentriert sich auf die Auswirkungen von Cyanid auf Steinkorallen und ihre endosymbiotischen Dinoflagellaten. In einem Experiment setzten die Forscher Korallen unterschiedlichen Konzentrationen von Cyanidionen aus.1 Diese Konzentrationen waren niedriger als die in der Regel von Fischereibetrieben verwendeten.1 Korallen reagierten mit dem Austreiben ihrer Zooxanthellen. Die Analyse der Daten beschrieb die verringerte Dichte von Zooxanthellen und die erhöhte Zellteilung von Zooxanthellen für Gruppen, die Cyanid ausgesetzt waren.1 Einige der Cyanid ausgesetzten Dinoflagellaten starben ab, während andere verfärbt erschienen.1 Diese Ergebnisse zeigen die schwerwiegenden Auswirkungen von Cyanid auf die photosynthetische Aktivität und die Gesundheit der Korallen.1

Ähnliche Experimente stützen diese Ergebnisse und haben gezeigt, dass Cyanid den Calvin-Zyklus der Photosynthese in Dinoflagellaten spezifisch hemmt.Die 5,6,7,8-Konzentrationen für diese Experimente wurden sorgfältig ausgewählt, um den Cyanidgehalt zu ermitteln, der den Calvin-Zyklus hemmt, aber andere Prozesse in beiden Organismen nicht beeinflusst.5,6,7,8 Darüber hinaus stützen einige Ergebnisse nicht die Hypothese, dass thermischer Stress allein den Calvin-Zyklus hemmen kann.8 Andere Untersuchungen haben gezeigt, dass Cyanid einen signifikanten Einfluss auf die Korallen selbst sowie auf andere Organismen hat, die hohen Konzentrationen ausgesetzt sind. Es gibt Hinweise darauf, dass Cyanid die mitochondriale Aktivität hemmt und daher die Verfügbarkeit von ATP (Adenosintriphosphat) in Zellen verringert.3 Zusammengenommen stellen diese Daten ein berechtigtes Problem für die Korallengesundheit dar, wenn Cyanid verwendet wird. Sowohl Korallen als auch ihre dinoflagellaten Symbionten werden durch Zyanid beeinträchtigt, was Bleichereignisse verschlimmern kann.

Abbildung 3. Alternative Fangtechniken können für aquatische Arten wie die Korallen in Korallenriffen schädlich sein. Explosionsangeln verwendet Sprengstoff unter Wasser, um Fische zu betäuben, wodurch sie leichter zu fangen sind. Natriumcyanid wird häufig in einer Praxis verwendet, die als Cyanidfischen bekannt ist, bei der Fische mit der Substanz betäubt werden und dann leichter für die Verwendung in Aquarien gefangen werden können. Wichtige Faktoren tragen zu großen Korallenbleichereignissen bei, wie in bestimmten Gebieten des Great Barrier Reef in Australien. Mit freundlicher Genehmigung von Drajay1976, 2013, Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0., Elisabeth Weber, 2017., und Oregon State University, 2016, Wikimedia Commons. CC BY-SA 2.0.

Forscher suchen nach pragmatischeren Ansätzen, um die Cyanidfischerei anzugehen, da sie schwer zu regulieren ist. Ein Vorschlag betrifft die Verwendung von Nelkenöl in der Fischerei.4 Nelkenöl führt dazu, dass Fische das Bewusstsein verlieren und kann als Alternative zu Zyanid dienen.4 In einer Studie, in der Korallen unterschiedlichen Konzentrationen von Nelkenöllösung ausgesetzt wurden, stellten die Forscher fest, dass niedrige Konzentrationen für die im Experiment verwendeten Korallen nicht schädlich waren.4 Im Gegensatz dazu wurden niedrige Cyanidkonzentrationen als signifikant schädlich befunden.1 Daher kann Nelkenöl eine praktikable Alternative in der Fischereiindustrie sein, da es keine signifikanten ökologischen Auswirkungen auf die lokalen Korallenpopulationen hat.4

Neben Alternativen zur Cyanidfischerei ist es wichtig, neue Techniken zu entwickeln, die den Nachweis von Cyanid bei illegaler Verwendung ermöglichen.9,11 Dieser zweigleisige Ansatz kann eine Alternative bieten und gleichzeitig diejenigen bestrafen, die illegale Aktivitäten nicht einstellen. Eine der Möglichkeiten, dies zu tun, ist der Nachweis von Thiocyanat-Anion, das von Meeresfischen ausgeschieden wird, nachdem sie Cyanidionen neutralisiert haben.11 Optische Faser wird zusätzlich mit Flüssigkeitschromatographie-Technologie verwendet, um Thiocyanat nachzuweisen.11 Diese neue Technik könnte zum Nachweis illegal gefangener Aquarienfische verwendet werden und würde folglich die Vorteile der Verwendung von Zyanid in der Fischerei zunichte machen.11

Neben mechanischen Methoden zum Nachweis von Cyanid gibt es mehrere biologische Methoden. Bakterien sind in der Lage, Cyanidionen zu metabolisieren und durch Verwendung von Sauerstoff in Cyanat umzuwandeln.9 Wenn mehr Cyanid abgebaut wird, sinkt der Sauerstoffgehalt.9 Abnehmende Sauerstoffgehalte können mit Clark-Sauerstoffelektroden überwacht werden, die indirekt den Cyanidgehalt im Meerwasser messen würden.9 Andere Biosensoren, die Eigenschaften von Enzymen nutzen, wurden für den Nachweis von Cyanid vorgeschlagen und können oft präzise Messungen von Cyanidkonzentrationen liefern.9

Abbildung 4. Gesunde Korallenriffe nehmen an Zahl ab, da Korallenbleichereignisse häufiger auftreten. Mit freundlicher Genehmigung von NOAA, 2011, FlickrCommons. Gemeingut.

Die Ursachen der Korallenbleiche müssen zwar noch genauer erforscht werden, doch die Auswirkungen von Cyanid auf Korallen werden immer besser verstanden. Die Hervorhebung dieser Ursache ermöglicht es der Politik, die Zyanidfischerei durch neue Methoden zum Nachweis und Screening von Aquarienfischen in Ländern mit der entsprechenden Infrastruktur anzugehen. Ein Verständnis der physiologischen Auswirkungen von Cyanid auf Korallen und Meereslebewesen wird auch einen breiteren Blick auf die Toxikologie trophischer Ebenen in Ökosystemen ermöglichen. Da mehr Forschung die Auswirkungen der Erwärmungstemperaturen auf die Korallenbleiche hervorhebt, ist es wichtig, dass leichter angesprochene Probleme gelöst werden, um die lokalen Korallenpopulationen von einigen dieser Belastungen zu befreien.

  1. Cervino, J.M., et al. (2003). Veränderungen der Zooxanthellendichte, Morphologie und des mitotischen Index in hermatypischen Korallen und Anemonen, die Cyanid ausgesetzt sind. Meeresverschmutzung Bulletin, 46(5):573-586
  2. Coral Gesundheit und Monitoring-Programm. Korallenbleiche – Hintergrund. Nationale Ozeanische und atmosphärische Verwaltung (NOAA). Abgerufen von http://www.coral.noaa.gov/research/climate-change/coral-bleaching.html
  3. Downs, C.A., et al. (2010). In-vitro-Zelltoxizitätsscreening als alternatives Tiermodell für die Korallentoxikologie: Auswirkungen von Hitzestress, Sulfid, Rotenon, Cyanid und Kupferoxid auf die Zelllebensfähigkeit und die Mitochondrienfunktion. Ökotoxikologie, 19:171-184
  4. Frisch, A.J., et al. (2007). Die Auswirkungen von Nelkenöl auf Korallen: Eine experimentelle Bewertung mit Pocillopora damicornis (Linnaeus). Zeitschrift für experimentelle Meeresbiologie und Ökologie, 345(2):101-109
  5. Berg, R., et al. (2014). Hemmung der photosynthetischen CO2-Fixierung in der Koralle Pocillopora damicornis und ihre Beziehung zur thermischen Bleiche. Zeitschrift für Experimentelle Biologie, 217:2150-2162
  6. Jones, RJ (1997). Auswirkungen von Cyanid auf Korallen. SPC Live Reef Fish Information Bulletin, 3: 3-8
  7. Jones, RJ, & Hoegh-Guldberg, O. (1999). Auswirkungen von Cyanid auf die Photosynthese von Korallen: Implikationen für die Identifizierung der Ursache der Korallenbleiche und für die Bewertung der Umweltauswirkungen der Cyanidfischerei. Marine Ecology Progress Series, 177:83-91
  8. In: Jones, R.J., et al. (1999). PAM-Chlorophyll-Fluorometrie: Eine neue In-situ-Technik zur Stressbewertung bei skleraktinischen Korallen, mit der die Auswirkungen von Cyanid aus der Cyanidfischerei untersucht werden. Meeresverschmutzung Bulletin, 38(10):864-874
  9. In: Mak, K.K.W., et al. (2005). Cyanidfischen und Cyanidnachweis in Korallenrifffischen mit chemischen Tests und Biosensoren. Biosensoren und Bioelektronik, 20(12):2581-2593
  10. In: McManus, J.W., et al. (1997). Auswirkungen einiger zerstörerischer Fangmethoden auf die Korallenbedeckung und mögliche Erholungsraten. Umweltmanagement, 21(1): 69-78
  11. Vaz, M.C.M., et al. (2012). Das Thiocyanat erkennt lebende Rifffische, die illegal mit Cyanid gesammelt wurden – ein nicht-invasiver und zerstörungsfreier Testansatz. Plus EINS, 7(4): e35355

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