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

Kampmann, Heike (2002). Photobiologische, energetische und genetische Aspekte des mutualistischen Zusammenlebens von Zooxanthellen (Symbiodinium sp.) und Steinkorallen im Golf von Aqaba, Jordanien. PhD thesis, Universität zu Köln. Open Access

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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.

Item Type:

Thesis (PhD thesis)

Translated title:

Title	Language
Photo biologic, energetic and genetic aspects of the mutually beneficial association of zooxanthellae (Symbiodinium sp.) and stony corals in the Gulf of Aqaba, Read Sea	English

Translated abstract:

Abstract

Language

The reefs in the Gulf of Aqaba (29°27�N) are located on the northern most boundary of the photic, tropical/ subtropical reef zone. This area was chosen to obtain more detailed information about the phototropic contribution to the corals respiratory energy demand for four coral species along a bathymetric gradient from 5 to 40 m depth. Additionally, mechanisms were analysed which could potentially improve the photosynthetic contribution to the corals feeding, taking into account depth adaptations regarding both, the coral hosts and their zooxanthellae. The experiments were performed on four coral species with different depth preferences for their main growing depth but with a depth distribution from 5 to 40 m. The method of Enzyme electrophoresis was used to analyse if the zooxanthellae are host-specific and if the zooxanthellae associated with a specific host coral were depth specific. The on-site observations and experiments in the laboratory showed that the coral hosts as well as their symbiotic algae were able to adapt to the depth dependent limitation of photon flux densities, despite a clear depth preference of the different coral colonies. Coral colonies showed adaptations regarding the colony shapes, the biomass and the respiratory energy demand. The symbiotic algae showed adaptations regarding their pigment system and their photo kinetic parameters which were determined from short term P/I curves. All colonies were able to adapt to the sub optimal conditions out side of their main growing depth. Due to the geographic site of the reefs in Aqaba, the photon flux densities were less in winter than in summer. As a result of this, the deep water colonies (40 m) were not able to cover their respiratory energy demands with the carbon translocated from the zooxanthellae to the coral host. Other food sources were necessary. Genetic analyses off two coral species showed that the zooxanthellae were neither depth specific, nor host specific, although the examined coral species have different main growing depths.

English

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