Operatie Red het rif

Dit artikel verscheen in de vijfde editie van National Geographic Magazine 2021.

De duikers juichten in hun ademautomaat en zwaaiden dolblij met hun armen en benen. Het was augustus 2020 en marien bioloog Hanna Koch en haar collega’s van het Mote Marine Laboratory & Aquarium hadden op vier meter diepte boven een rif in de Florida Keys liggen wachten. Iets voor middernacht begonnen er langs het hele rif geluidloos oranjeroze bundeltjes sperma en eitjes op te stijgen. De zee werd een pointillistische uitbarsting van leven.

Door de lichtgevende organismen veroorzaakte de vreugdedans van het team blauwe vonken in het water om hen heen. ‘Het leek alsof we ons eigen vuurwerk hadden gemaakt,’ herinnert Koch zich. ‘Het was prachtig.’

Die plotselinge activiteit is typerend voor de voortplanting van rifbouwende koralen en vindt meestal eens per jaar plaats, in een zomernacht, een paar dagen na volle maan. Afhankelijk van de fase van de maan, de temperatuur van het water en het aantal uren daglicht komen er bij koraalsoorten op riffen in heel Florida tegelijkertijd biljoenen zaadcellen en miljoenen eicellen vrij. Dat bevordert de genetische diversiteit en garandeert dat er een klein percentage van de eitjes bevrucht raakt, zich als larve op het rif vestigt en de volgende generatie voortbrengt.

Maar hier werd niet gewoon kuitgeschoten. Dit steenkoraal, Orbicella faveolata, geldt in de Amerikaanse natuurwetgeving als bedreigd; het is opgekweekt door Mote-onderzoekers en in 2015 ‘geplant’ om het rif te herstellen. Dat jaar doorstonden de koralen een periode van verbleking, in 2017 een orkaan uit categorie 4 en twee jaar later een ziekte. Het herstelvermogen gaf moed. Ze werden sneller geslachtsrijp dan hun wilde soortgenoten en waren het eerste bolvormige koraal dat zich na hun herstel in zee voortplantte.

Het was een welkome mijlpaal voor deze onderzoekers, die in een race tegen de klok koralen proberen te redden van de verwoestende effecten van klimaatverandering en andere door de mens veroorzaakte gevaren. De International Union for Conservation of Nature (IUCN) heeft ruim een kwart van de achthonderd bekende soorten rifbouwend koraal als kwetsbaar, bedreigd of ernstig bedreigd aangemerkt en waarschuwt dat het gevaar voor uitsterving toeneemt naarmate de temperaturen stijgen.

In de Florida Keys verzorgt John Ziska (18), sinds 2015 vrijwilliger bij SCUBAnauts International, stekjes van het geweikoraal Acropora muricata voor de herstelprojecten van Mote Marine Laboratory. De afgelopen tien jaar hebben duikers bijna 110.000 van zulke koraalfragmenten op de zieke riffen in Florida geplant.

Bijna veertig jaar geleden maakte marien ecoloog Peter Harrison van de Australische Southern Cross University voor het eerst een grootschalige verbleking van koraal mee. Hij was aan het duiken voor de kust van Magnetic Island, in het Great Barrier Reef, toen hij de schrik van zijn leven kreeg. ‘Het rif was een lappendeken van gezond koraal en spierwit verbleekt koraal, alsof er een spookstad aan het ontstaan was,’ zegt hij. Slechts een paar maanden daarvoor was de plek nog vergeven van tropische kleuren.

Koraal leeft in symbiose met algen, die in het weefsel leven en het door fotosynthese voeden en kleur geven. Maar onder invloed van hoge temperaturen en andere stressfactoren kunnen die algen giftig worden. Dan sterven ze of worden ze door het koraal afgestoten, een proces dat bekendstaat als verbleking omdat het kleurloze weefsel en witte kalkskelet bloot komen te liggen. Als het koraal er niet in slaagt weer een band met de algen op te bouwen, verhongert het of valt het ten prooi aan ziekte.

De verwoesting die Harrison in 1982 zag, was dat jaar en het jaar erna in meerdere riffen in de Grote Oceaan waar te nemen. In 1997 en 1998 trad het over de hele wereld op en bezweek zestien procent van het koraal wereldwijd. Met de stijgende temperaturen, vervuiling, ziekte, toenemende zuurgraad van de oceaan, invasieve soorten en andere gevaren zijn de spooksteden van Harrison zich aan het uitbreiden.

Onderzoekers vermoeden dat zo’n periode van ernstige verbleking veertig jaar geleden ongeveer elke 25 jaar voorkwam, waardoor het koraal zich kon herstellen. Maar het vindt nu veel vaker plaats, ongeveer eens per zes jaar, en op sommige plaatsen zou het elk jaar kunnen terugkeren.

‘Het belangrijkste is dat we de opwarming van de aarde aanpakken,’ zegt marien bioloog Terry Hughes van de Australische James Cook University. ‘Anders sterft het rif alsnog, hoe schoon we het water ook krijgen.’ In 2016, het warmste mondiale jaar dat ooit is gemeten (samen met 2020), verbleekte 91 procent van de riffen van het Great Barrier Reef.

In het Great Barrier Reef zwemt een zeekat door een oase vol leven die hittestress heeft doorstaan. Deze koralen worden onderzocht om te kijken hoe het kan dat ze onder deze omstandigheden overleven en om ze te vermeerderen voor toekomstig rifherstel. ‘In de natuur is veerkracht niet statisch,’ zegt koraalecoloog Charlie Veron. ‘Dat is altijd mooi om te zien.’

Een rif zit vol muziek. En beweging. Zachte koralen die wiegen, garnalen die trillen, vissen die knabbelen, krabben die rondrennen – alles klikt, tikt, piept en gorgelt. Als een verbaasde marionet steekt hier een murene zijn kop uit een hol, vechten daar rifhaaien om een lekker hapje, hangen nieuwsgierige zeekatten wat rond om plotseling weg te schieten. Met bossen koraal die op geweien lijken, of op enorme taarten met roze en groen glazuur die versierd zijn met kantachtig zacht koraal, kokerwormen en waaierwormen, is het rif een decor voor een serie verhalen die Dr. Seuss had kunnen bedenken.

Tussen al dit moois mocht ik een jaar of tien geleden twee sprookjesachtige weken lang duiken bij het Great Barrier Reef, in het gezelschap van fotografen David Doubilet en Jennifer Hayes. In een artikel voor National Geographic beschreef ik de schoonheid van het rif en luidde ik de noodklok: we zouden deze bijzondere plaats kunnen verliezen. Als journalist met een achtergrond in de natuurbeschermingsbiologie maakte ik me zorgen over instortende ecosystemen; als duiker en liefhebber van de zee was ik bang voor een veel ingrijpender verlies. Toen ik de recentere foto’s zag van het rif waar we toen doken – nu zijn daar door algen verstikte puinhopen – stelde ik me de doodsheid en de stilte voor.

Ondanks de verwoesting blijft het Great Barrier Reef een reus, met zo’n drieduizend aparte riffen en een lengte van 2300 kilometer langs de Australische noordoostkust. Bovendien is het een zeldzaamheid: koraalriffen in tropisch ondiep water beslaan nog geen procent van de zeebodem. Het afsterven van een enkel rif heeft al rampzalige gevolgen; minstens een kwart van al het leven in de oceaan is van deze ecosystemen afhankelijk. Riffen zijn ook van groot belang voor de mens, doordat ze de kust beschermen, een bron van vis zijn en toeristen aantrekken.

Dat zoveel riffen te lijden hebben onder de hitte, is dus een belangrijk gegeven, maar de effecten verschillen. ‘De klimaatverandering ligt als een eenvormige deken over de aarde, maar de variatie zit in de details,’ zegt koraalecoloog Charlie Veron, voormalig wetenschappelijk directeur van het Australian Institute of Marine Science. ‘De verbleking van koraal is een lokaal verschijnsel, en het weer ter plekke is doorslaggevend. Op de ene plaats wordt het rif beschermd door moessonwolken, maar elders is de lucht blauw en schijnt de zon genadeloos op het water.’ Door die verschillen is het extra ingewikkeld om breed werkende oplossingen te bedenken, zegt hij.

Aan de hand van satellietgegevens en waarnemingen ter plaatse voorspelt de National Oceanic and Atmospheric Administration al twintig jaar waar en wanneer het koraal waarschijnlijk zal verbleken. ‘Daarmee krijgen kustbeheerders een voorsprong, zodat ze de beschermingsmaatregelen kunnen opschalen,’ aldus Mark Eakin, coördinator koraalrifbescherming voor de organisatie. Het vroege-waarschuwingssysteem heeft er al toe geleid dat de autoriteiten kwetsbare riffen beperkt openstellen, zeldzame soorten preventief verwijderen en experimenteren met kunstmatige schaduwvoorzieningen.

Dit soort noodmaatregelen zijn niet goedkoop en ook geen langetermijnoplossing. Er verandert ook niets voor koraal dat al dood is. Daarom proberen onderzoekers ook riffen te herbouwen. Wat daarbij helpt, is dat koralen dieren zijn, maar net als planten kunnen worden gekweekt: knip er een stukje af, kweek het op, ent het aangegroeide koraal op beschadigde riffen en die leven weer op.

Tientallen jaren lang is deze techniek gebruikt voor snelgroeiende, vertakkende koraalsoorten. Maar tot voor kort waagden maar weinig koraalkwekers zich aan de echte bouwstenen van een rif, zoals hersenkoraal en andere bolvormige koralen. Dat zijn de langzaam groeiende reuzen, die honderden jaren oud kunnen worden en zich pas na decennia voortplanten. Tot onderzoekers van het Mote ontdekten dat ‘microfragmenten’ die je van deze koralen afzaagt zich min of meer als beschadigde huid gedragen: ze groeien extreem snel, soms wel tien keer sneller dan grotere stekken. Poliepen van dezelfde kolonie die naast elkaar in aquaria staan, groeien aan elkaar vast; zo kost het minder tijd om een formaat te bereiken dat zich kan voortplanten. Dankzij deze techniek hebben soorten die normaliter pas na minstens tien jaar volwassen zijn, al na enkele jaren kuitgeschoten.

Zelfs de best onderhouden tuin kan niet tegen slecht weer, en veel gekweekte koralen van de vertakkende soorten zijn uiteindelijk bezweken onder de hitte. Het is dus van cruciaal belang, zegt bioloog Erin Muller van het Mote, dat we ons concentreren op koralen die goed tegen warmte kunnen. Muller onderzoekt ook of er een verband is tussen temperatuur en de zogenoemde stony coral tissue loss disease (SCTLD). In de Florida Keys stak deze ziekte voor het eerst de kop op in 2014 en is nu bijna het hele 580 kilometer lange barrièrerif aangetast. ‘Ziekten vormen een chronisch probleem voor koraal, dus kijken we ook naar ziektetolerantie en produceren we meer van de soorten die de komende decennia de grootste kans op overleven hebben,’ zegt ze. ‘Zo herstellen we riffen met veerkrachtiger soorten.’

De aanpak van het Mote wordt ook overgenomen voor rifherstel buiten Florida. Raising Coral Costa Rica is een team van lokale en Amerikaanse ecologen die soorten koraal kweken en microfragmenten van bolvormig koraal afnemen om oeroude riffen in de Golfo Dulce weer tot leven te wekken. Dit koraal kan op bepaalde plaatsen wel duizenden jaren oud zijn, en het is bijzonder: de baai wordt gevoed door vier rivieren en het getij heeft er vrij spel, wat inhoudt dat het koraal te maken heeft met snelle fluctuaties in temperatuur, zuurgraad en zoutgehalte. Het is dus goed bestand tegen veranderende omstandigheden. De genen van koraal uit zulke grillige milieus kunnen aanwijzingen bevatten over manieren om het herstelvermogen van koralen elders te vergroten.

Bij Opal Reef vonden Doubilet en Hayes in 2009 welig tierend geweikoraal: Acropora muricata en Acropora cytherea. Negen jaar later was het er doods. Door de stress hadden de koralen de symbiotische algen afgestoten die ze voedsel en kleur geven, waardoor ze verbleekten en stierven. Veel rifbewoners hadden een gezondere omgeving opgezocht. ‘De stilte was net zo verbijsterend als de vernietiging,’ zegt Hayes. Een verbleekt koraalrif kan weer opleven als het niet te vaak stress ondervindt. Sinds medio jaren negentig is het Great Barrier Reef ruim de helft van zijn koraal kwijtgeraakt. De toekomst hangt onder meer af van soorten die zich kunnen aanpassen aan warmer water, en van ingrijpen door de mens.

Opal Reef in 2018

Aan de andere kant van de aarde weet Harrison dat ook een larve van genetisch hoogstaande ouders een overlevingskans van één op een miljoen heeft. Die kans wil hij sterk vergroten. ‘Larven hebben beperkte controle over waar ze naartoe gaan,’ zegt hij. De grote meerderheid drijft af, en als die al op een geschikte onderlaag terechtkomen, dan is er een ‘oerwoud vol monden dat ze maar al te graag naar binnen werkt’.

Daarom scheppen Harrisons teams de eitjes en zaadcellen op die worden afgescheiden door koraal dat verbleking heeft overleefd en bestand is tegen warmte. Ze worden dicht aan het wateroppervlak in omheiningen van gaas opgevangen om de bevruchting en de vorming van larven te stimuleren, waarna de nakomelingen over beschadigde riffen worden verspreid. Harrison test twee methoden: op afstand bestuurbare ‘LarvalBots’ die de larven over het rif spuiten en keramische stoppen met larven erop die in openingen in het rif kunnen worden gestoken.

Tumon Bay (Guam) in 2005. In de periode tussen beide bezoeken van Doubilet en Hayes aan Tumon Bay veranderde robuust koraal in een witte woestenij. Na jaren van hoge watertemperaturen, droogvallend rif door laagtij en ziekten stierf tussen 2013 en 2017 bijna zestig procent van het geweikoraal Acropora muricata, dat met zijn vertakkingen een schuilplaats is voor vissen en ongewervelden. Eén belangrijke soort verdween helemaal. De koraalgemeenschap in dit ondiepe water in Micronesië werd in 1997 aangewezen als zeereservaat en trekt veel toeristen en bewoners. ‘We konden het niet aanzien,’ zegt koraalecoloog Laurie Raymundo van de University of Guam. ‘Vooral als het koraal opveerde en dan een paar maanden later weer een klap kreeg.

Tumon Bay (Guam) in 2017

Het doelgericht uitzetten van larven heeft op de Filipijnen en in het Great Barrier Reef goede resultaten opgeleverd, maar Harrison weet dat hij het veel grootschaliger moet aanpakken en miljarden larven over kilometers zeebodem moet verspreiden om echt effect te hebben.

Wanneer koraal kuitschiet – het moment voor Harrison om geslachtscellen achterover te drukken – blijft de genetische diversiteit behouden doordat er eitjes en zaadcellen van verschillende ouders bij elkaar komen. Maar als de gezondheid van riffen achteruitgaat, vinden er minder bevruchtingen plaats. Na de verbleking van het Great Barrier Reef in 2016 en 2017 ontdekten Hughes en zijn collega’s dat zich 89 procent minder larven op het rif hadden genesteld.

Het water boven Moore Reef, in het Great Barrier Reef, ziet wit van de eitjes en zaadcellen. De jaarlijkse massabevruchting vindt plaats onder invloed van de maan, de watertemperatuur en de daglengte. Zo blijft de genetische diversiteit behouden. ‘Het is heerlijk om door een sneeuwstorm van kuit te zwemmen van koraal dat het heeft overleefd,’ zegt Doubilet.

In een laboratorium van het Australian Institute of Marine Science probeert geneticus Madeleine van Oppen het natuurlijke aanpassingsvermogen van koraal te vergroten, zodat dit soort verliezen tot het verleden gaat behoren. Ze onderzoekt bij de algen en bacteriën die in koraal leven welke genen met temperatuurbeheersing te maken hebben. ‘We begrijpen steeds beter hoe deze intensieve relaties werken en hoe we ze kunnen gebruiken,’ zegt ze. Door in het laboratorium gekweekte algen stapsgewijs aan hogere temperaturen bloot te stellen, worden die door natuurlijke selectie en spontane mutatie bestand tegen meer warmte – maar dan in versneld tempo. Van Oppen is ook van plan om in het laboratorium de bacteriën te ontwikkelen die in het microbioom van het koraal leven.

‘Als we koraal kunnen inenten met gekweekte algen en bacteriën die de hittestress verhelpen,’ zegt ze, ‘zouden we wild koraal bestand kunnen maken tegen verbleking.’

Er wordt ook gewerkt aan nakomelingen van koraal uit warmer water en exemplaren van dezelfde soort uit koeler water, om te zien of hittetolerantie aan het nageslacht wordt doorgegeven. De eerste resultaten zijn veelbelovend. ‘Verder zijn we kruisingen van twee verschillende soorten aan het kweken; vergeleken met raszuiver koraal kunnen die misschien extremere omstandigheden verdragen,’ aldus Van Oppen.

Bij Moore Reef legt marien ecoloog Peter Harrison van de Australische Southern Cross University een net klaar voor als het koraal binnenkort kuitschiet. De opgevangen eitjes en zaadcellen blijven in bassins in zee tot zich larven vormen. Die laat Harrison vrij boven beschadigd rif dat hij wil herstellen. Dit deel van het rif heeft in 2016 en 2017 de verbleking overleefd, wat inhoudt dat het koraal hier genen heeft waarmee het hogere temperaturen aankan.

Een bemoedigend nieuwtje is dat koraal hier en daar zelf al aan de slag is gegaan: onderzoekers van het rif rond het grootste atol ter wereld, Kiritimati in het midden van de Grote Oceaan, hebben koralen ontdekt die nog tijdens een hittegolf van verbleking begonnen te herstellen. Dat deden ze door algen op te nemen die van nature al hittetolerant waren.

Overal zijn riffen gehavend doordat ze gemiddeld meer dan één graad opwarming moesten verwerken. ‘Maar ze zijn er nog steeds,’ zegt Hughes. ‘De samenstelling is heel anders dan vijf jaar geleden, maar je ziet de veerkracht.’

Hij betwijfelt wel of de dieren een temperatuurstijging van twee tot drie graden overleven en hij is bang dat we te veel vertrouwen op rifherstel. ‘Dat is ook een afleidingsmanoeuvre. We moeten eerst de oorzaken aanpakken,’ zegt hij. ‘Wat er nu met koraalriffen gebeurt is een beheerscrisis – in de waterkwaliteit, de visserij, en vooral in de uitstoot van broeikasgassen. Daar moeten we mee aan de slag.’

Terwijl wereldwijde de temperaturen blijven stijgen, slaan enkele onderzoekers harde koralen op in ‘levende biobanken’ om zoveel mogelijk diversiteit te behouden.

‘Dat kunnen we nu al doen: alle soorten verzamelen, labelen en voor altijd in leven houden. Dan kunnen we genetisch onderzoek doen en ze in de toekomst, als het mogelijk is, in de oceaan uitzetten,’ zegt Veron. ‘We moeten alles uit de kast halen om het rif in leven te houden.’

Jennifer S. Holland schrijft vaker voor National Geographic. David Doubilet en Jennifer Hayes gaan met Indonesische onderzoekers beschermingsprojecten in de Koraaldriehoek bekijken.

Dit artikel verscheen in de vijfde editie van National Geographic Magazine 2021.