Korallen-DNA-Atlas der Ryukyu-Inseln kartiert Riffe mit Wasserproben

Etwa ein Liter Meerwasser, der von einem Boot über einem Riff vor Okinawa geschöpft wird, enthält genügend abgestoßene Korallen-DNA, um zu bestätigen, welche Arten am Meeresboden wachsen.

Forschende des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) haben dies inzwischen an 231 Standorten auf den Ryukyu-Inseln im Süden Japans umgesetzt.

Am 20. Juli wurden sämtliche Daten kostenlos online veröffentlicht. Nach einem Klick auf einen Punkt der Karte erscheinen die dort nachgewiesenen Korallengattungen, geordnet nach ihrem Anteil an der DNA. Die erste Veröffentlichung umfasst 12 Inseln – von Okinawa bis südlich nach Ishigaki.

Korallen-DNA treibt über dem Riff

Korallen geben den ganzen Tag über DNA ab. Schleim, abgestoßene Gewebeteile und Zellreste lösen sich von einer Kolonie und schweben unmittelbar darüber im Wasser. Biologinnen und Biologen bezeichnen dieses frei vorliegende Erbmaterial als Umwelt-DNA, kurz eDNA.

Ausgewachsene Korallen können ihren Standort nicht wechseln, was sie zu besonders verlässlichen Untersuchungsobjekten macht. DNA, die über einem Riff im Wasser treibt, stammt mit hoher Wahrscheinlichkeit von diesem Riff und nicht von einem Lebewesen, das eine Stunde zuvor vorbeigeschwommen ist.

Die Probenahme selbst ist wenig spektakulär. An Bord wird Meerwasser durch einen feinen Filter geleitet; im Labor wird anschließend ein kurzer Abschnitt der mitochondrialen DNA millionenfach vervielfältigt und sequenziert. Jede Gattung besitzt ihre eigene Variante, wodurch sich die Sequenzdaten nach Namen zuordnen lassen.

Der Aufbau der Referenzdatenbank dauerte Jahre. Kanako Hisata und ihr Team am OIST sequenzierten die mitochondrialen Genome von 22 Korallengattungen, für die zuvor kein verwertbarer Eintrag vorlag, und sequenzierten weitere 12 erneut.

In Galaxea berichteten sie im Mai 2025, dass die fertige Methode Scl-eDNA-M 83 der 85 in japanischen Gewässern erfassten Steinkorallengattungen nachweist.

Taucherhebungen und Wasserproben stimmen meist überein

Korallen mit bloßem Auge zu zählen, ist schwieriger, als es zunächst wirkt. Die Bestimmung stützt sich auf die Form des Skeletts, die sich jedoch je nach Tiefe, Lichtverhältnissen und Welleneinwirkung verändert. Die 85 Gattungen umfassen rund 400 Arten. Nach eigener Einschätzung des Atlas-Teams werden bei einer Taucherhebung in 30 bis 60 Minuten am Riffgrund etwa 20 Gattungen erfasst.

Daher musste der Wasseransatz mit menschlichen Beobachtungen verglichen werden. Für eine Studie aus dem Jahr 2023 in den Proceedings of the Royal Society B setzten Koki Nishitsuji, Tomofumi Nagata und Kolleginnen und Kollegen beide Methoden an 63 Riffstandorten in einem Gebiet von rund 250 Kilometern nahe der Insel Okinawa ein. Schnorchlerinnen und Schnorchler dokumentierten die dominierenden Gattungen, während eine Bootscrew das Wasser direkt über dem Riff filterte.

Von den 62 Standorten, an denen eine Probe gewonnen werden konnte, stimmten die Listen an 41 stark und an 15 mäßig überein. Die Autorinnen und Autoren werteten dies als Übereinstimmung an mehr als 91 Prozent der Standorte. Vier Standorte zeigten eine teilweise Übereinstimmung, bei zwei gab es keinerlei gemeinsame Nachweise.

Dr. Takeshi Noda, wissenschaftlicher Mitarbeiter der OIST Marine Genomics Unit, sagte gegenüber Earth.com, dass die Taucherlisten und Sequenzierungsergebnisse über viele Standorte hinweg gut übereinstimmten.

„Obwohl es zwischen visuellen Erhebungen und der eDNA-Methode mitunter geringfügige Unterschiede bei quantitativen Daten gibt, bietet unsere eDNA-Methode eine höhere Nachweisempfindlichkeit“, erklärte er.

Eine detaillierte taxonomische Überwachung sei selbst für gut ausgebildete Taucherinnen und Taucher zeitaufwendig, ergänzte Noda. Der Vorteil eines Gefäßes mit Wasser liege darin, dass „es eine objektive und einfache Überwachung von Korallenriffen ermöglicht.“ Weder Tauchzeit noch Taucher sind dafür nötig.

Seriatopora verschwand aus den flachen Bereichen

Seriatopora, eine fein verzweigte Koralle, die mitunter als Vogelnestkoralle bezeichnet wird, prägte früher die flachen Riffe vor der Insel Okinawa.

Noda erklärte gegenüber Earth.com, dass die Gattung dort vor 1998 häufig gewesen sei. In jenem Jahr traf ein Massenbleichereignis die pazifischen Riffe; die Flachwasserpopulationen rund um die Insel gelten heute als lokal ausgestorben.

Die Wasserproben ergeben dasselbe Bild. „In Proben aus den flachen Riffen der Insel Okinawa fanden wir Seriatopora-eDNA nur selten“, sagte Noda. In Proben aus tieferen Bereichen erscheint die Gattung hingegen, wo das Meer kühler bleibt als an der Oberfläche.

Noda bezeichnete Seriatopora als ein typisches Beispiel für eine Koralle, die gegenüber warmem Meerwasser empfindlich ist, und sagte, die Atlasdaten spiegelten den Rückgang von Korallen wider, die thermischen Stress nicht tolerieren. Dies ist ein im Freiland dokumentiertes Muster, nicht der Nachweis eines getesteten Mechanismus. Niemand erhitzte ein Riff, um die Folgen zu beobachten.

Auch einer Annahme über die Riff-Fotografien auf der Website widersprach er: Das Team verwendet sie nicht, um Veränderungen zu messen. „Die Sammlung von Korallenfotos hat auf unserer Website eine ergänzende Funktion“, sagte Noda.

Forschende des Okinawa Environmental Science Center und des Vermessungsunternehmens Kaiyu nahmen die Bilder an 193 Standorten auf. Rund um die Insel Okinawa geschah dies von 2004 bis 2024, rund um Ishigaki von 2001 bis 2022. Dabei wurden Bleichereignisse und Ausbrüche von Dornenkronenseesternen zum jeweiligen Zeitpunkt festgehalten.

Tiefere Riffe unterhalb der Tauchgrenze

Riffe enden nicht dort, wo Taucherinnen und Taucher umkehren. Korallengemeinschaften reichen weiter in mesophotische Riffe hinein – die lichtarme Zone in etwa 30 bis 150 Metern Tiefe, die nur wenig Sonnenlicht erhält und nahezu unbeachtet bleibt.

Der Atlas enthält Ergebnisse von 57 mesophotischen Standorten rund um die Insel Okinawa sowie die nahe gelegenen Kerama-Inseln. Die Proben wurden in etwa 30 bis 60 Metern Tiefe entnommen.

Um diese Bereiche zu erreichen, kam ein kleines ferngesteuertes Unterwasserfahrzeug zum Einsatz. Für einen Bericht aus dem Jahr 2024 in Royal Society Open Science schickte Nishitsujis Team einen Mini-ROV zu 24 Standorten rund um die Zamami-Inseln. Er entnahm Wasser ein bis zwei Meter über den Riffspitzen, bis in 80 Meter Tiefe.

Rund ein halber Liter genügte, um an allen Standorten bis auf einen die Gattungen zu bestimmen. Das Telekommunikationsunternehmen NTT Communications arbeitete dabei mit.

Die Ergebnisse waren kein Abbild des oberflächennahen Riffs. Mit zunehmender Tiefe verringerte sich der Anteil von Acropora-DNA. Diese schnell wachsende, verzweigte und tafelartige Koralle dominiert die flachen Riffe Okinawas. Gleichzeitig nahm der Anteil von Porites-DNA zu, einer langsam wachsenden, hügelbildenden Gattung.

Was Korallen-eDNA nicht erfassen kann

Umwelt-DNA kann nicht bestimmen, wie viel eines Riffs noch lebt. Sie zeigt, welche Gattungen vorhanden sind und welchen Anteil sie an den Sequenzdaten haben. Nishitsujis Team schrieb ausdrücklich, dass die Schätzung der Korallenbedeckung über die derzeitige Methode hinausgeht.

Zudem reicht die Bestimmung nur bis zur Gattung. Das ist relevant, weil allein Acropora Dutzende Arten umfasst, deren Hitzetoleranz sehr unterschiedlich ist.

Die veröffentlichten Einschränkungen reichen weiter. Der Ansatz setzt voraus, dass jede Koralle pro Flächeneinheit ungefähr dieselbe Menge DNA abgibt – eine Annahme, die das Labor nach eigenen Angaben noch prüft. Starke Strömungen können außerdem DNA von benachbarten Riffen eintragen, weshalb die Autorinnen und Autoren mindestens zwei Proben je Standort empfehlen.

Da die Primer ausschließlich auf Steinkorallen ausgerichtet sind, bleiben Weichkorallen und die blaue Koralle Heliopora unsichtbar, selbst wenn Taucherinnen und Taucher sie überall beobachten.

Auch Verzerrungen treten in beide Richtungen auf. Taucherinnen und Taucher erfassten Acropora häufiger als die DNA-Methode, weil tafelartige Kolonien leicht zu erkennen sind. Die DNA wies dagegen Montipora öfter nach, da viele Vertreter dieser Gattung als leicht zu übersehende Krusten wachsen.

Acropora konzentriert sich an den Westküsten

Ein Ergebnis aus der ersten Erhebungsrunde lässt das Team weiterhin rätseln. Noda sagte Earth.com, Acropora habe sich als dominierende Koralle entlang der Nordwestküste der Insel Okinawa erwiesen. Rund um die Insel Ishigaki sei dieselbe westliche Häufung sogar noch deutlicher ausgefallen.

„Der Grund für solche Verteilungen ist noch nicht klar, aber es ist ein interessantes Ergebnis, das weitere Untersuchungen rechtfertigt“, sagte Noda.

Die Erhebung von 2023 zeigte eine ähnliche Tendenz: Acropora war besonders stark an Hängen vertreten, die dem Südchinesischen Meer zugewandt sind, während auf der pazifischen Seite häufiger gemischte Gemeinschaften vorkamen. Strömungen und die Form der Küste gelten als naheliegende Verdächtige, doch die Autorinnen und Autoren beließen es dabei.

Geringe Sequenzhäufigkeiten in dieser Untersuchung deuteten zudem auf zwei Gattungen an der Insel Okinawa hin, die dort zuvor nie offiziell erfasst worden waren – ein Hinweis, den eine schnorchelnde Person wahrscheinlich nicht bemerkt hätte.

Referenzsequenzen für ganz Japan

Die Ausweitung ist inzwischen eher ein Problem der Datenbank als der Boote. Noda sagte, Referenzsequenzen für sämtliche zooxanthellaten Steinkorallen Japans seien bereits vorbereitet. Daher könne der Atlas schon heute auf den übrigen Teil des Landes erweitert werden.

„Unsere Methode ist wahrscheinlich mit geringfügigen Anpassungen für die Überwachung von Korallenriffen im Nordpazifik anwendbar“, sagte er.

Im Atlantik ist dies schwieriger. Noda erläuterte, dass sich die Korallen der Karibik und Floridas taxonomisch so stark von jenen des Pazifiks unterscheiden, dass das System umfassend angepasst werden müsste, bevor es diese Riffe überwachen könnte.

Die Bedeutung ist keineswegs abstrakt. Riffe bedecken etwa 0,2 Prozent der Ozeane und bieten fast 30 Prozent der Meeresarten Schutz. In Okinawa sind sie zudem ein Wirtschaftsfaktor: Für das Fiskaljahr 2023 wurde ihnen ein wirtschaftlicher Wert von rund 1,5 Milliarden US-Dollar zugeschrieben.

Die weltweiten Riffverluste stiegen nach dem globalen Bleichereignis weiter an, das NOAA’s Coral Reef Watch im April 2024 als das vierte dokumentierte Ereignis bestätigte.

Wenn der nächste heiße Sommer kommt, lassen sich Verluste an jedem Standort mit den Daten vergleichen, die das Wasser bereits aufgezeichnet hat.

Die vollständige Studie erschien in Galaxea, dem Journal of Coral Reef Studies, und wurde auf J-STAGE veröffentlicht.

Atlas: Ryukyu Islands Coral eDNA Atlas, OIST Marine Genomics Unit und Okinawa Environmental Science Center, veröffentlicht im Juli 2026.