Fine-scale thermal stress heterogeneity decouples bleaching from mortality across a Caribbean fringing reef

Korallenriffe gehören zu den lebendigsten und komplexesten Ökosystemen der Erde, aufgebaut von winzigen Tieren, die auf eine empfindliche Partnerschaft mit mikroskopisch kleinen Algen angewiesen sind, die in ihrem Gewebe leben. Diese Algen versorgen die Koralle durch Sonnenlicht mit Nahrung, während die Koralle ihnen ein sicheres Zuhause bietet. Diese Partnerschaft ist jedoch zerbrechlich. Wenn die Ozeanwasser für zu lange Zeit zu warm werden, gerät die Koralle unter Stress und stößt die Algen ab, wodurch sie in einem Prozess, der als Bleichen bekannt ist, geisterhaft weiß wird. Obwohl das Bleichen die Koralle nicht sofort tötet, lässt es das Tier verhungern und verwundbar zurück. Wenn sich das Wasser nicht schnell genug abkühlt, stirbt die Koralle oft ab. Während sich der Planet erwärmt, werden diese Perioden extremer Hitze immer häufiger und intensiver, was diese Unterwasserstädte zu vernichten droht. Die entscheidende Frage für Wissenschaftler ist nicht nur, ob Korallen bleichen werden, sondern welche von ihnen die Qual überstehen werden und ob das Riff als Ganzes sich erholen kann.

Im Sommer 2023 wurde die schwerste und am weitesten verbreitete Korallenbleiche, die jemals aufgezeichnet wurde, weltweit beobachtet. Um zu verstehen, wie verschiedene Teile eines Riffs auf eine solche Krise reagieren, richteten Forscher ihre Aufmerksamkeit auf ein langes, schmales Riffsystem vor der Küste von Puerto Morelos in Mexiko. Dieses Saumriff erstreckt sich parallel zur Küste und schafft ein natürliches Labor, in dem Wissenschaftler Standorte vergleichen konnten, die nur wenige Kilometer voneinander entfernt liegen. Das Team, geleitet von Forschern der Nationalen Autonomen Universität von Mexiko, setzte sich zum Ziel zu untersuchen, ob die intensive Hitze jeden Teil des Riffs gleichermaßen betroffen hat. Sie wussten, dass Satellitenbilder, die oft zur Verfolgung der Meerestemperaturen verwendet werden, einen breiten Durchschnitt zeigen, der subtile Unterschiede, die durch lokale Strömungen, Wellen und die Form des Meeresbodens entstehen könnten, möglicherweise übersehen. Sie wollten wissen, ob diese kleinskaligen Unterschiede über Leben und Tod entscheiden konnten.

Die Forscher verbrachten Monate damit, an dreizehn verschiedenen Standorten entlang des Riffs zu tauchen, von den flachen Back-Reef-Lagunen bis zu den tieferen Fore-Reef-Hängen. Sie zählten tausende Korallenkolonien und notierten dabei deren Art, Größe sowie den Zustand (gesund, gebleicht oder tot). Dies taten sie wiederholt, während die Hitzewelle anstieg, ihren Höhepunkt erreichte und dann wieder abklang. Um ein präzises Bild der Hitze zu erhalten, verließen sie sich nicht allein auf Satellitendaten. Stattdessen verwendeten sie Temperatursensoren, die direkt am Riff platziert wurden, um die tatsächlichen Wasserbedingungen zu messen, denen die Korallen ausgesetzt waren. Sie betrachteten zudem jahrzehntelange historische Daten, die bis ins Jahr 1985 zurückreichen, um zu sehen, wie sich das Riff vor dieser jüngsten Katastrophe im Laufe der Zeit verändert hatte.

Was sie fanden, war eine Geschichte starker Kontraste, die innerhalb eines kleinen Gebiets verborgen lagen. Obwohl das gesamte Riffsystem dieselbe massive Hitzewelle erlebte, variierte die Menge des akkumulierten Hitzestresses an jedem Standort um fast das Zweifache. Einige nördliche Standorte, an denen das Wasser freier zirkulierte, erfuhren niedrigere Stresswerte, während zentrale und südliche Standorte, an denen das Wasser eher stagnierte und sich aufheizte, extreme Bedingungen ertrugen. Diese lokale Variation schuf eine Spaltung im Schicksal des Riffs. Während fast jede Korallenart auf dem Riff weiß wurde, als das Wasser heißer wurde, hing das Ergebnis für diese weißen Korallen vollständig davon ab, wo sie sich befanden und um welche Art von Koralle es sich handelte.

Die Studie zeigte, dass Bleichen und Sterben nicht dasselbe sind. Obwohl fast alle Korallen gebleicht waren, konzentrierte sich das Sterben auf spezifische Bereiche und spezifische Gruppen. Die anfälligsten Arten, wie etwa die verzweigte Geweihkoralle und die Feuerkoralle, erlitten die höchsten Sterberaten, insbesondere in den heißesten Teilen des Riffs. Diese Korallen starben schnell ab, während sich die Hitze anhäufte. Andere Arten, wie etwa die plattenförmigen Korallen, bleichten zwar ebenfalls stark aus, konnten aber in den kühleren Zonen überleben und zeigten Anzeichen einer Erholung, sobald die Wassertemperaturen sanken. In den heißesten Zonen begannen selbst einige der robusteren, massiven Korallen, die normalerweise Hitzewellen überstehen, abzusterven. Die Forscher beobachteten, dass bei einigen Arten der Tod nicht unmittelbar während der Spitzenhitze eintrat, sondern erst Wochen später, als die Korallen ihre Energiereserven nach zu langem Stress aufgebraucht hatten.

Die Landkarte des Überlebens war nicht zufällig; sie wurde vom Ozean selbst diktiert. Die Standorte, die am besten abschnitten, waren jene, an denen Wellenbewegungen und Strömungen das Wasser in Bewegung hielten und die Hitze wegspülten. Die Standorte, die am meisten unter den Bedingungen litten, waren jene, in denen das Wasser stagnierte und die Wärme gegen die Korallen einschloss. Dieser Befund stellt die Vorstellung infrage, dass alle Korallen in einer Region auf eine globale Hitzewelle gleich reagieren werden. Stattdessen fungiert die lokale Umgebung als Filter, der bestimmt, welche Teile des Riffs eine Atempause erhalten und welche überwältigt werden.

Als die Forscher die langfristige Geschichte dieser Riffe betrachteten, wurde das Bild noch ernüchternder. In den letzten dreißig Jahren ist die Menge der lebenden Korallen an diesen Riffen drastisch von etwa fünfunddreißig Prozent auf weniger als zehn Prozent gesunken. Dieser Rückgang wurde nicht durch ein einzelnes Ereignis verursacht, sondern durch eine Serie von Schlägen. Zuerst traf eine verheerende Krankheit die großen, schweren Korallen, die die Hauptstruktur des Riffs bilden. Dann brachte die Hitzewelle 2023 die verbliebenen, schnell wachsenden, verzweigten Korallen, die der Krankheit überlebt hatten, endgültig zu Fall. Das Ergebnis ist ein Riff, das nicht nur viel kleiner, sondern auch viel einfacher strukturiert ist. Die komplexen, dreidimensionalen Strukturen, die einst unzähligen Fischen und anderen Meeresbewohnern als Heimat dienten, sind weitgehend kollabiert, wodurch eine flachere, weniger funktionale Landschaft zurückgeblieben ist.

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die Hitzewelle zwar der letzte Auslöser war, die Fähste des Riffs zur Erholung jedoch bereits durch jahrelangen Rückgang beeinträchtigt war. Die wenigen Standorte, die der schlimmsten Hitze entgingen, sind nun die wichtigsten Orte, die es zu schützen gilt. Diese Orte dienen als natürliche Zufluchtsorte, die einen Rückzugsort bieten, an dem Korallen überleben können und potenziell die Samen für die Wiederherstellung anderswo liefern können. Die Forscher warnen jedoch, dass diese Zufluchtsorte nicht permanent sind. Da sich der Planet weiter erwärmt, könnten selbst diese geschützten Stellen schließlich zu heiß werden, um gerettet werden zu können. Der einzige Weg, die Zukunft dieser Ökosysteme zu sichern, besteht darin, die Ursache der Erwärmung anzugehen und gleichzeitig die wenigen verbleibenden Nischen der Resilienz zu schützen. Ohsne eine globale Anstrengung zur Reduzierung der Emissionen werden die lokalen Bemühungen zur Rettung dieser Riffe letztlich von der steigenden Flut der Hitze überwältigt werden.