Förderung der Korallenkalzifizierung durch das Zusammenspiel von Nickel und Urease

Nickel und Urease fördern die Kalzifizierung von Korallen, indem sie die Harnstoffaufnahme und -hydrolyse stimulieren. Dies erhöht das langfristige Wachstum der Korallen direkt, selbst ohne Photosynthese. Nickel ist ein notwendiger Bestandteil des Enzyms Urease, das Harnstoff in Ammoniak und Kohlendioxid zerlegt. Durch die Erhöhung der Harnstoff- und Nickelverfügbarkeit können Korallen Harnstoff effektiver verwerten, was zu einer deutlichen Steigerung der Kalzifizierung und des Skelettwachstums führt.

Der Mechanismus erklärt

1. Die Rolle von Nickel:
   Nickel wirkt als Katalysator bzw. Cofaktor für das Enzym Urease.
2. Urease-Aktivität:
   Urease zerlegt Harnstoff, eine stickstoffhaltige Verbindung, in Ammoniak (NH₃) und Kohlendioxid (CO₂).
3. Erhöhte Harnstoffaufnahme:
   Studien zeigen, dass erhöhte Nickelwerte die Harnstoffaufnahmerate von Korallen aus dem umgebenden Meerwasser deutlich erhöhen.
4. Verbesserte Hydrolyse:
   Bei höherem Nickelgehalt ist das Urease-Enzym aktiver, was zu einer verstärkten Harnstoffhydrolyse führt.
5. Direkte Förderung der Kalzifizierung:
   Der daraus resultierende erhöhte Abbau von Harnstoff und seinen Produkten trägt direkt zum Kalzifizierungsprozess der Koralle bei und führt zu einem schnelleren Skelettwachstum.

Wichtige Ergebnisse

Direkte Wirkung:
Die verstärkte Kalzifizierung wurde sogar bei asymbiotischen (nicht photosynthetischen) Korallen beobachtet, was auf eine direkte Wechselwirkung zwischen Nickel-Urease und dem Kalzifizierungsprozess hindeutet.
Nährwertvorteil:
Korallen in nickelangereicherten Gewässern können von einer effizienteren Nutzung von Harnstoff als Kohlenstoff- und Stickstoffquelle profitieren.
Potenzielle Resilienz:
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Harnstoff in Verbindung mit einer erhöhten Nickelverfügbarkeit möglicherweise einige negative Auswirkungen von Stressfaktoren wie Hitzestress auf Korallen abmildern könnte

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Nickel für die Ureasefunktion von entscheidender Bedeutung ist, was wiederum die Harnstoffverwertung durch Korallen verbessert und zu einer deutlich erhöhten Kalzifizierung und einem deutlich erhöhten Wachstum führt.

Die Erkenntnisse basieren auf wissenschaftlichen Untersuchungen von u.a. Christine Ferrier-Pagès. Es wurden vier Aquarien verwendet:

1. Im ersten Aquarium lag zur Kontrolle der Nickelwert bei 0,12μg/L und Harnstoffgehalt bei 0,26μmol/L
2. Im zweiten Aquarium wurde der Nickelgehalt auf 3,50 μg/L erhöht
3. Im dritten Aquarium wurde der Harnstoffgehalt auf 5,52μmol/L erhöht
4. Im vierten Aquarium wurde sowohl der Nickelgehalt auf 3,50 μg/L und der Harnstoffgehalt auf 5,52μmol/L erhöht

Das Ergebnis war eindeutig:
>> Ein erhöhter Nickelwert steigert die Kalzifikationsrate und somit das Wachstum.
>> Das Wachstum wird dadurch noch gesteigert, wenn extra Harnstoff (=Urea) dem Becken hinzugegeben wird.
>> Eine Nickelanreicherung erhöht die Aufnahmerate von Harnstoff.
>> Eine Harnstoff Anreicherung erhöht geringfügig die Harnstoffaufnahmerate.

Dieser Sachverhalt wird durch eine gesteigerte Enzymaktivität verursacht und lässt sich mit der Urease Gleichung gut erklären.  Urease ist ein Enzym, das die Spaltung von Harnstoff in Kohlenstoffdioxid und Ammoniak unter Verbrauch von Wasser katalysiert. In Anwesenheit von Calcium Ca²⁺ wird Calciumcarbonat ausgefällt.

Urease: H₂N-CO-NH₂ + 2 H₂O + Ca²⁺→ CaCO₃ (s) +2 NH₄⁺

Weitere Ergebnisse aus den Versuchen waren:
>> Zooxanthellendichte bleibt unverändert
>> Chlorophyll Konzentration erhöht sich 2x (Ni, NiUr)
>> Photosyntheserate ehöht sich um 1.57x (Ni), 1.2x (Ur), 2x (NiUr)
>> Harnstoffanreicherung erhöht die Atmung (Respiration) zweifach

Für Becken, die stark blaulastig beleuchtet werden, ist ein erhöhter Nickelgehalt aber ratsam. Bei blaulastiger Beleuchtung ist die Gefahr höher, das die oben erwähnten reaktiven Sauerstoffspezies (sog ROS=Reactive oxygen species) die Zooxanthellen schädigen. Durch das Enzym Superoxid-Dismutase, bei dem Nickel wieder ein Rolle spielt, werden die Schädigungen minimiert.

Bei dem OSCI-MOTION Professional System ist Nickel bei den Trace Elements zufinden.

Mehr Informationen: https://doi.org/10.1016/j.aquatox.2018.05.013