Anpassungen und Mutualismen zwischen Korallen und Fischen

Korallenassoziierte Fische aus den Familien der Meergrundeln (Gobiidae) und der Riffbarsche (Pomacentridae) gehören zu den am höchsten spezialisierten Fischen des Korallenriffs. Obwohl Habitatwahl und Spezialisationsgrade umfangreich untersucht wurden, gibt es wenig Information über die grundlegenden biologischen Faktoren, die das Zusammenleben zwischen Korallen und Fischen bestimmen. So bleibt auch eine der wichtigsten Fragen (v.a. für die artenreichen Gobiidae) noch offen: Handelt es sich bei dieser Assoziation um einen Kommensalismus oder um einen Mutualismus mit Vorteilen für beide Partner? Das vorgeschlagene Projekt wird korallenassoziierte Fische im nördlichen Roten Meer und westlichen Pazifik untersuchen. Die wichtigste Frage ist ob bestimmte Fitnessfaktoren wie Wachstum und Raubdruck für beide Partner positiv beeinflusst werden. Dies schließt auch morphologische Untersuchungen der Fische in Hinsicht auf die Struktur ihrer Wirtskorallen ein. Morphologische Untersuchungen der Körperformen und Wachstumsmuster von korallenassoziierten Meergrundeln und Riffbarschen werden mittels geometrischer Morphometrie basierend auf Landmarkendaten durchgeführt. Zusätzlich werden ausgewählte Körperproportionen gemessen um die dritte Dimension des Fischkörpers einzubeziehen. Dadurch werden multivariate statistische Analysen der Fischformen und deren Korrelation mit dem Korallenzwischenraum ermöglicht. Um mehr Information über die mögliche Abwehrfunktion von Korallenräubern und das Verhalten der Fische innerhalb der Koralle zu studieren, werden Langzeitvideoaufnahmen zu Aggressionsverhalten, Raubdruck, Konkurrenz Nahrungsaufnahme und Bewegung gemacht. Dazu werden kleine Fingerkameras für kontinuierliche Tag- und Nachtaufnahmen (Infrarot-Beleuchtung) eingesetzt. Neben diesen Verhaltensbeobachtungen werden manipulative Experimente in situ (Freiland) und ex situ (Aquarium) durchgeführt. Neun Kurzzeitexperimente (1 bis 2 Monate: Rotes Meer und westlicher Pazifik) werden im Freiland und Labor durchgeführt und teilweise von Videoaufnahmen begleitet. Drei Langzeitexperimente (bis zu 2 Jahren) sollen zeigen wie sich das Wachstum von Korallen mit und ohne Fischen (Ausschließungsexperimente) entwickelt und wie sich der Korallenzwischenraum und der Korallenzustand auf das Fischwachstum, die Körperform und die Besiedlungsfrequenz auswirken. Das Projekt wird somit phenotypische Anpassungen von Fischen an ihre Wirtskorallen und beidseitige Vorteile untersuchen, die das Zusammenleben als Mutualismus identifizieren können. Das Projekt wird von einem Post-Doc (dem Antragsteller Dr. Jürgen Herler), zwei Dissertanten (Simone Niedermueller und ein ägyptischer Dissertant), Technikern und Mitarbeitern durchgeführt. Es ist in nationale und internationale Kooperationen (JCU, Australien und Ägypten) eingebettet und hat positive Auswirkungen auf die Meeresforschung an der Universität Wien und in Ägypten.

Eine wichtige Frage in der Ökologie ist die Bedeutung von biologischen Interaktionen zwischen funktionellen Schlüsselgruppen und ihren assoziierten Organismen. In Korallenriffen bewohnen eine Vielzahl von Wirbellosen und Fischen die riffbildenden Steinkorallen. Verzweigte Korallen wie die Gattung Acropora sind aufgrund struktureller Komplexität besonders wichtige Lebensräume. Diese Korallen werden häufig von Riffbarschen und Meergrundeln bewohnt. In vielen Fällen handelt sich um diese Assoziationen um mutualistische Beziehungen in denen die Korallen als Unterkunft und Brutplatz dienen während die Fische z.B. die Sauerstoff- und Nährstoffversorgung der Korallen verbessern oder sie gegen Fressfeinde verteidigen. Dieses Forschungsprojekt hat die ökologische Bedeutung der obligat mit Acropora-Korallen vergesellschafteten Meergrundelgattung Gobiodon für ihre Wirtskorallen untersucht und ist Fragen nach speziellen Anpassungen nachgegangen. Die Verzweigungen dieser Korallen erzeugen artspezifische Geometrien und es wurde erwartet, dass die Korallenarchitektur eine physische Einschränkung für die Bewohner repräsentiert. Die 2 Hauptfragen waren somit ob 1.) die Vergesellschaftung von Fisch und Koralle mutualistischer Natur ist und 2.) diese obligat korallenassoziierten Fische Anpassungen zeigen, die eine Diversifikation durch korallenspezifische Selektion unterschiedlicher Größe und Form verschiedener Fischarten erklärt. Um diese Fragen zu beantworten wurden ein spezielles Unterwasservideosystem und ein Korallenwiegesystem entworfen und gebaut. Mit letzterem kann die Gewichtszunahme ganzer Korallen unter Wasser gemessen werden. Wie Experimente zeigten, führen territoriales Verhalten und Hautgifte der Meergrundeln zu einer verringerten Fressrate von Falterfischen an den Wirtskorallen. Dies führt zu erhöhten Wachstumsraten der Korallen und die Beziehung Koralle-Fisch kann als mutualistisch eingestuft werden. Morphologische Untersuchungen an verschiedenen Grundelarten zeigten eine hohe Variation in der Form welche durch Anpassung der Fische an ihre jeweiligen Wirtskorallen erklärt werden kann. Besonders hoch spezialisierte Arten, die nur eine oder wenige Korallenarten besiedeln haben extreme Körperformen evolviert. Ein schmaler Körper ermöglicht bestimmten Arten zwischen den engen Korallenästen relativ groß zu werden. Größere Fische haben ein geringeres Risiko gefressen zu werden und sind bessere Konkurrenten im Verteidigen ihrer Korallen gegen andere Arten. Es zeigt sich, dass es starke Selektion für bestimmte Körperformen gibt und nur unspezialisierte Arten haben eine generalisierte Körperform erhalten. Diese Anpassungen bieten auch eine Erklärung für die relativ hohe Artenvielfalt der Gattung Gobiodon, welche eine sehr ähnliche Biologie zeigen (in Hinsicht auf Lebensweise und Ernährung). Diese Fische benötigen eine ausreichende Anzahl von Korallen mit entsprechender Größe und vermehrte Korallenbleichen vermindern die Koloniengröße und Wachstumsraten von Korallen. Der damit verbundene Verlust mutualistischer Bewohner würde ein negatives Feedback für das Korallenwachstum bedeuten. Daher ist es wichtig, dass Informationen zu mutualistischen Korallenbewohnern in die Evaluierung von Korallenriffen und in die Erarbeitung von Schutzkonzepten einfließen.