3D-gedruckte Korallen könnten helfen, das Great Barrier Reef wiederherzustellen

Von Betsy Vereckey

Das Great Barrier Reef ist eines der sieben Naturwunder der Welt. Aber in letzter Zeit sah es nicht danach aus.

Jedes Jahr strömen Touristen nach Australien, um am Riff entlang zu schnorcheln und die brillanten Farben und die Meereslebewesen zu bestaunen, die es zu Hause nennen. In den letzten Jahren haben jedoch steigende Meerestemperaturen, Überfischung und Verschmutzung die einst farbenfrohen Korallen gespenstisch weiß gebleicht. Während sich Korallen früher von diesen extremen Bleichereignissen erholt haben, ist dies nicht mehr der Fall, wie Untersuchungen zeigen.

Das Great Barrier Reef. Foto von Manny Moreno/Unsplash.

„Korallen reagieren sehr empfindlich auf Temperaturanstieg“, sagt Charlotte Hauser, Bioingenieurin und Chemikerin an der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien. Umweltverschmutzung, Chemikalien, Ölverschmutzungen und das Verhalten von Touristen sind alles Faktoren, die sich auf die Gesundheit von Korallen auswirken, erklärt sie und stellt fest, dass „die Temperatur einer der wichtigsten ist“.

Tatsächlich könnte laut dem Weltklimarat ein Anstieg der Wassertemperatur um 1,5 °C im nächsten Jahrhundert zu einem Verlust von 70-90 % der Riffflächen führen. Unterdessen schätzt das Global Coral Reef Monitoring Network, dass 14 % der Korallenriffe auf der ganzen Welt speziell aufgrund der heißen Meerestemperaturen dezimiert wurden. Und leider brauchen Korallen nach dem Absterben sehr lange, um sich zu regenerieren. Die National Oceanic and Atmospheric Administration schätzt, dass massive Korallen Wachstumsraten von 0,3 bis 2 Zentimetern pro Jahr haben und dass Barriereriffe und Atolle (ringförmige Korallenriffe) je nach Größe 100.000 Jahre bis 30.000.000 Jahre brauchen können Komplett geformt.

Australiens Great Barrier Reef enthält das größte Korallenriffsystem der Welt, aber Korallen gibt es auf der ganzen Welt und spielen eine entscheidende Rolle für die Artenvielfalt. Sie tragen dazu bei, lokale Überschwemmungen einzudämmen und unterstützen 25 % aller Meeresbewohner, schätzt die Environmental Protection Agency. Laut der Coral Reef Alliance beherbergen sie auch 4.000 Arten von Rifffischen, 840 Korallenarten und 1 Million andere Tierarten.

Hauser und ein Forscherteam zielen darauf ab, die Korallenriffpopulation der Welt wiederzubeleben, indem sie an einem Projekt mit Korallen im Roten Meer arbeiten, das 3D-Technologie verwendet, um sie viel schneller zu replizieren. Die von der King Abdullah University of Science and Technology in Saudi-Arabien finanzierte Forschung verwendet eine Technik namens Bioprinting, bei der lebende Zellen auf 3D-erstellte Modelle transplantiert werden, um neue, lebende Korallenkreaturen zu regenerieren.

Korallen lassen sich wie Pflanzen vermehren

Korallen sind gar nicht so unähnlich wie Pflanzen wachsen und sich vermehren, sagt Hauser. “Sie können sie schneiden, in kleine Stücke schneiden, wie Sie es mit Pflanzen tun”, sagt sie. „Du nimmst ein Blatt oder einen Zweig, legst ihn in Wasser und plötzlich wachsen Wurzeln daraus. Koralle ist ähnlich.“

Hauser und ihr Team nutzten dieses Framework, um ihren Prozess zu steuern. Sie sammelten Korallen aus dem Roten Meer und verwendeten dann 3D-Technologie, um jede Struktur zu scannen, um ein neues Modell zu erstellen, das zur Herstellung eines völlig neuen Skeletts verwendet werden konnte.

3D-gedruckte Koralle. Foto mit freundlicher Genehmigung von Anastasia Serin, King Abdullah University of Science and Technology.

Der 3D-Druck hat dabei zahlreiche Vorteile. Es ist kostengünstig und wurde bereits in Großprojekten wie dem Wohnungsneubau eingesetzt. Wenn Sie also daran denken, 3D-Technologie einzusetzen, um das Great Barrier Reef „von der Größe des Bundesstaates Texas“ zu heilen, scheint es nicht so weit hergeholt, „ein so riesiges Projekt so schnell zu reparieren“, sagt Hauser.

Das Design des Teams verwendet eine Silikonform, die mit einer umweltfreundlichen Calciumcarbonat-Tinte hergestellt wurde, auf der die Korallen wachsen können, eine mit einer „sehr ähnlichen Oberfläche wie das Skelett einer normalen Koralle, etwas ein bisschen rau“.

Laut Hauser ist dieses Material nicht umweltschädlich. Wenn es sich zersetzt, wird es Meereslebewesen nicht schaden. „Das ist etwas, was ich für super, super wichtig halte. Wir wollen kein Metall verwenden. Wir wollen keinen Beton verwenden. Wir wollen kein Plastik. Es gibt genug Plastik im Ozean.“

Nachdem Hauser einen 3D-Prototyp erstellt hatte, fügten sie und ihre Forscherkollegen kleine Stücke lebender Korallen hinzu. Sie wählten Korallen, die hohe Hitze vertragen, und verwendeten einen umweltfreundlichen Klebstoff, der unter Wasser platziert und an den gebleichten Strukturen befestigt werden konnte.

Die Verwendung von Korallen aus dem Roten Meer ist angesichts des ganzjährig warmen Wassers von Vorteil. Jede Koralle, die an einem heißen Ort überlebt, wäre ein guter Kandidat, um sie in andere Gebiete der Welt zu verpflanzen. Derzeit konzentriert sich das Team auf den Anbau von Korallen in Aquarien, aber sie hoffen, ihre 3D-Korallen erfolgreich direkt in das Rote Meer zu verpflanzen.

„Angesichts des allgemeinen Temperaturanstiegs im Ozean braucht man eine Art, die ein wärmeres Klima verträgt, und das Rote Meer hat einen Vorteil, weil es in einem wärmeren Gebiet liegt“, sagt Hauser.

Setzen Sie es auf See

Die neuen Hybridkorallen des Teams können viel schneller wachsen als natürliche Korallen – in Monaten, nicht in Jahrzehnten. Eine Herausforderung wird jedoch sein, herauszufinden, ob die Hochtemperaturkorallen mit unterschiedlichen Strängen wachsen können, sobald sie in das Rote Meer verpflanzt wurden.

“Es mag bestimmte Typen geben, die sich nicht mögen und nicht zusammenwachsen”, sagt Hauser, “also müssen auch diese Dinge berücksichtigt werden.”

Nahaufnahme einer 3D-gedruckten Koralle. Foto mit freundlicher Genehmigung von Anastasia Serin, King Abdullah University of Science and Technology.

Forscher züchten diese Korallen seit zwei Jahren in Aquarien. Der nächste Schritt ist, sie in den Ozean zu verpflanzen. Sie versuchten dies zunächst zu schnell und stellten fest, dass die Korallen längere Zeit zum Wachsen brauchten. Als sie länger darauf warteten, dass die Korallen in Aquarien wuchsen, zeigte sich, dass es ein Erfolg war: Die Korallen konnten neues Gewebe wachsen lassen.

Das Umpflanzen dieser Korallen in den Ozean sollte nicht allzu schwierig sein, sagt Hauser, da Korallen in warmem, flachem Wasser vorkommen und weniger als 1 % des Meeresbodens bedecken. Dies bedeutet, dass es für die Menschen einfacher ist, sie zu verpflanzen, da sie nicht auf den Grund des Ozeans tauchen müssen.

In Bezug auf die Art und Weise, wie die Korallen verpflanzt werden, besteht die Hoffnung, dass das Team in der Lage sein wird, größere 3D-Modelle an Land zu erstellen, sie außerhalb des Wassers zusammenzubauen und sie dann im Ozean zu platzieren. Sie merkte an, dass der Unterwasser-3D-Druck in Zukunft eine Möglichkeit sein könnte, wodurch ein zusätzlicher Schritt minimiert würde. Das Team untersucht auch, ob es möglich ist, das eigentliche neue Gewebe, das diese Hybridkorallen bilden, wenn sie sich auszubreiten beginnen, in 3D zu drucken.

„Die Studie läuft, aber es sieht so aus [eco-friendly calcium carbonate ink] das Material unterstützt das Wachstum wirklich sehr, sehr gut”, sagt Hauser. „Wir haben Becken, in die wir die Korallen hineinsetzen und sie jeden Tag beobachten können, aber der Beweis wird natürlich sein, sie ins Meer zu setzen“, nachdem die Korallen ein bestimmtes Alter und eine bestimmte Größe erreicht haben.

In fünf Jahren glaubt Hauser, dass sie den Bau eines 3D-Riffs im Ozean abgeschlossen haben werden. Hauser spielt auch mit einer anderen Idee, die Korallen mit einem umweltfreundlichen Schutzfilm überziehen würde, der Korallen kühl halten und sie während einer Hitzewelle vor dem Ausbleichen schützen könnte. “Wir haben für die Zukunft viel zu entdecken.”

Hauptfoto mit freundlicher Genehmigung von Anastasia Serin, King Abdullah University of Science and Technology

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