Zwei neue Feldstudien – eine zu Korallenlarven, die andere zu Fischlarven – haben erstmals getestet, wie sich Unterwasserschall gleichzeitig auf Fisch- und Korallenlarven auswirkt, kombiniert mit weiteren Wiederherstellungstechnologien wie lebenden Materialien und 3D-gedruckten Ansiedlungsflächen. Forschungsstandort war die K?ne?ohe Bay auf Hawai?i vor der Insel O?ahu, mehrere Laichereignisse in den Jahren 2023 und 2024 wurden beobachtet. „Wir haben in einem einzigen Satz von Feldstudien gezeigt, dass Geräusche die Präsenz sowohl von Fischlarven als auch von Korallenlarven auf künstlichen Riffstrukturen erhöhen“, sagte Aaron Thode, Forscher am Scripps Institution of Oceanography, Leiter des Scripps Environmental Acoustics Lab und Erstautor der Studie zu Korallenlarven.
Wissenschaftler von Scripps Oceanography leiteten die Studien in Zusammenarbeit mit der University of Hawai?i und weiteren Partnern des Konsortiums Rapid Resilient Reefs for Coastal Defense (R3D), eines Projekts, das auf naturbasierte Strategien zur Reduzierung von Wellenenergie, zum Schutz von Küsten und zur Verbesserung der Korallenresilienz setzt. Die Studien und die breitere R3D-Initiative wurden von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) finanziert.
Die jüngste Studie, veröffentlicht am 8. Oktober in der Fachzeitschrift Communications Biology (Teil der Nature Publishing Group), untersucht, wie akustische Anreicherung die Ansiedlung von Korallenlarven beeinflusst – jenes kritische Stadium, in dem frei treibende Larven einen Ort zur Anheftung suchen und beginnen, ein Riff aufzubauen. Die Forschung zeigt zudem das Potenzial von lebenden Materialien und 3D-gedruckten Ansiedlungsflächen, die Korallenansiedlung unter natürlichen Laichbedingungen zu fördern. „Unsere Daten deuten darauf hin, dass diese driftenden Organismen, wenn sie viel Schall von einem Riff wahrnehmen, dies als Signal werten, dass dies ein guter Ort zur Ansiedlung ist“, sagte Thode. „Unsere Analyse lieferte zudem starke Belege dafür, dass synthetische chemische Signale diese Organismen zu Riffen hinziehen.“
Zu Beginn sammelte das Team Tonaufnahmen aus einem gesunden Riffumfeld vor O?ahu, Hawai?i. Über einen Mondzyklus hinweg zeichnete ihr Rekorder die Geräusche von Fischen und zahlreichen anderen Organismen auf, darunter Garnelen und Krebstiere, die charakteristische Schnappgeräusche erzeugen. Die Forscher übertrugen diese Aufnahmen anschließend über einen Unterwasserlautsprecher am Studienort – einer flachen, sandigen Fläche vor der kleinen Insel Moku o Lo?e. Zwei Wochen lang spielte der Lautsprecher die Riffaufnahmen von Sonnenuntergang bis Sonnenaufgang ab.
Rund um den Lautsprecher platzierte das Team 37 künstliche Strukturen auf dem Meeresboden in einer Tiefe von 4,5 Metern und in Abständen von 1 bis 42 Metern. Die Strukturen variierten in Design und Oberflächeneigenschaften und umfassten technische Mikrolebensräume, die im Coral Reef Ecophysiology and Engineering Lab von Scripps-Forscher Daniel Wangpraseurt entwickelt wurden. Diese Mikrolebensräume wurden auf zwei Arten konstruiert: durch ihre physische Architektur, die komplexe, geschützte Ansiedlungsräume schuf, und durch ihre lebende Oberflächenbeschichtung aus BRINK, einer bioaktiven „Riff-Tinte“ mit lebenden Bakterien. BRINK wurde von der ehemaligen Scripps-Postdoktorandin Natalie Levy und Kollegen in Wangpraseurts Labor entwickelt.
In drei Experimenten über zwei Jahre hinweg maßen wissenschaftliche Taucher die Korallenlarvenansiedlung ein und zwei Wochen nach dem Neumond, wenn das Laichen stattfindet. Mit einer handgehaltenen blauen Lichtquelle und einem Gelbfilter zählten sie die einzelnen Larven, die sich auf jeder Struktur angesiedelt hatten. Die Experimente zeigten, dass die Strukturen in der Nähe des Lautsprechers die höchsten Ansiedlungsraten aufwiesen. Unter diesen schnitten die mit BRINK behandelten Strukturen am besten ab. „Die Akustik hilft, und mit dem lebenden Biofilm ist es deutlich besser“, sagte Thode. „In Kombination mit Strukturen, die Spalten aufwiesen, funktionierte die akustische Anreicherung sehr gut für die Ansiedlung von Korallenlarven.“
Die Studie verwies darauf, dass spezielle 3D-gedruckte Strukturen, entwickelt von Kollegen am Hawai?i Institute of Marine Biology, ebenfalls gute Ergebnisse lieferten, jedoch nur mit Schall allein und nicht mit BRINK getestet wurden. Für künftige Experimente empfiehlt das Team, akustische Anreicherung mit diesen komplexeren, mit BRINK beschichteten Strukturen zu kombinieren, um die besten Chancen auf eine erfolgreiche Korallenansiedlung zu erreichen. „Wir haben nun Belege dafür, dass mehrere dieser Technologien im Feld funktionieren, was ein großer Schritt nach vorn ist“, sagte Wangpraseurt, der auch leitender Principal Investigator von UC San Diego für das R3D-Projekt und Mitautor der Studie ist. „Es bringt uns der Vision von Hybridriffen näher, einer neuen Klasse lebender Küsteninfrastrukturen, die Ingenieurwesen und Biologie verbinden, um unsere Küsten zu schützen und gleichzeitig das Wachstum und die Erholung von Riffökosystemen zu unterstützen.“
In einer verwandten, kürzlich in Scientific Reports veröffentlichten Studie dokumentierten Scripps-Promovendin Océane Boulais und Kollegen mit eigens entwickelten autonomen Kameras einen Anstieg von Fischlarven während derselben Feldversuche zur akustischen Anreicherung. „Fische sind wichtige Bestandteile gesunder Korallenriffe, weil bestimmte Arten fressende Mikroalgen vertilgen, die es sonst Korallenlarven erschweren würden, sich anzusiedeln und zu wachsen“, sagte Boulais, Erstautorin der Studie. Weil Fische durch Menschen leicht gestört werden, stellt die Überwachung ihrer Aktivität beim Tauchen eine Herausforderung dar, die Thode mit „Godzilla, der durch eine Stadt stampft und versucht, alle davonlaufenden Menschen genau zu zählen“, verglich. Als Lösung entwickelte Boulais eine Reihe energiearmer autonomer Kameras, die in der Lage sind, Fischlarven bis zu drei Wochen lang kontinuierlich zu erfassen und zu zählen.
Boulais positionierte die Kameras nahe den Eingängen komplexer, 3D-gedruckter Strukturen, die als „Fisch-Hotels“ dienten, und dokumentierte so Fische beim Betreten und Verlassen sowie die Präsenz von Larven. „Durch die Entwicklung dieser nicht-invasiven Kameras können wir die Fische im Grunde ausspähen und viel von ihrem natürlichen Verhalten beobachten“, sagte Boulais. „Die Autonomie und das Langzeit-Monitoring-Design dieser Kameras ermöglichen es uns zu beobachten, welche Tiere auftauchen und wie lange sie bleiben.“ Die Kameras wurden an zwei Standorten eingesetzt: einer nahe dem Unterwasserlautsprecher mit akustischer Anreicherung und einem Kontrollstandort, an dem ein identischer Lautsprecher keinen Schall abgab.
Die Larvenzahlen an beiden Standorten erreichten ihren Höhepunkt um den Neumond, doch der akustisch angereicherte Standort zog insgesamt vier- bis vierzehnmal mehr Fischlarven an – ein vielversprechendes Indiz dafür, dass der zusätzliche Schall junge Fische zu den Strukturen lockte. Die Ergebnisse blieben bestehen, selbst als das Team die Positionen von echtem Lautsprecher und Kontrolllautsprecher vertauschte. „Die Kameras sind relativ neu, aber sie helfen uns bereits, so viel über die frühen Lebensstadien von Riffischen zu lernen und wie Schall ihre Präsenz auf einem Riff verstärken könnte“, sagte Boulais.
DARPA plant, noch in diesem Herbst eine 22 Millionen Dollar teure Hybridriff-Struktur vor O?ahu zu installieren, wobei Korallen voraussichtlich Ende 2026 oder Anfang 2027 ausgesetzt werden. Das Kalaeloa Hybrid Reef wird 50 Meter lang sein und Technologien integrieren, die im Rahmen des R3D-Programms getestet wurden, darunter von Scripps entwickelte Mikrostrukturen und ein System zur akustischen Anreicherung. Nach der Installation wird DARPA den Besitz des Prototyps einer lebenden Brandungssperre an das Hawai?i Department of Transportation übergeben, einen Übergangspartner für das R3D-Programm. Mehr als 50 Forscher und R3D-Konsortiumsmitglieder trugen als Mitautoren zu den Studien bei.
Originalpublikation:
https://www.nature.com/articles/s42003-026-10932-3
