Untersuchung zur Diversität und Funktion benthischer Mikroalgen und Protozoen im Nahrungsnetz mariner und limnischer Sedimente [Elektronische Ressource] = Investigation on the diversity and function of microphytes and protists in the food web of marine and limnic sediments / vorgelegt von Karen Stumm

Karen Stumm

Sujets

• Biologie

Informations

• Publié par: universitat_bremen
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 46
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 1 Mo

Extrait

Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung Bremerhaven
Untersuchung zur Diversität und Funktion benthischer
Mikroalgen und Protozoen im Nahrungsnetz mariner und
limnischer Sedimente
Investigation on the diversity and function of microphytes
and protists in the food web of marine and limnic
sediments
DISSERTATION
zur
Erlangung des akademischen Grades
eines Doktors der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)
am Fachbereich Biologie/Chemie der
Universität Bremen
vorgelegt von
Karen Stumm
Bremen 2006 1. Gutachter: Prof. Dr. Victor Smetacek, Alfred-Wegener-Institut für Polar und
Meeresforschung, Bremerhaven
2.rof. Dr. Ulrich Bathmann, Alfred-Wegener-Institut für Polar und Den Sand, den Schlick, den nennt man Benthos,
darin ist ganz verblüffend viel los.
Der Phototroph' genießt das Licht,
derweil ein Krebschen drüberkriecht.
Es freut sich sehr der Flagellat
auf den Diatomeen-Salat.
Das Schneckchen schleicht auf weichen Sohlen,
um sich was Leck'res reinzuholen.
Der Wattwurm, allgemein beliebt
sich sehr viel Sand von vorn einschiebt.
Siebt sich die feinen Sachen aus
und drückt den Rest nach hinten raus.
Wie friedlich doch das Benthos ist,
auch wenn den And'ren man gern frisst.
Ein anonymer Wattpoet. Table of contents
Zusammenfassung / Summary ……………………………………………………….. 1
General introduction...................................................................………….…………... 5
Characteristics of benthic habitats………………………………………………… 5
Intertidal mudflat………………………………………………………………..… 7
The small benthic community……………………………………………..……… 7
Food web ……………………………………………………………………….… 8
The microbial food web…………………………………………………………… 8
Control mechanisms…………………………………………………….………… 10
Study Sites………………………………………………………………………… 11
Aims and outlines of the thesis………………………………………………………… 21
Study 1: Seasonal changes of a benthic microbial community in an intertidal fine
sediment………………………………..………………………………………………. 25
Abstract……….…………………………………………………………………... 26
Introduction….………………..………………………………………………...… 27
Material and Methods….…………………...……...……………………………… 29
Results….…………………………………..……………………………………… 34
Discussion….……………………………………………………………………… 42
Study 2: Structure and biomass partitioning of benthic microbial communities in
temperate and arctic climate………………………………………………………….. 61
Abstract……….…………………………………………………………………… 62
Introduction….………………..…………………………………………………… 63 65 74 88
Study 3: Temporal dynamics and spatial distributions of ciliate community
structure and meiofauna in sediments………………………..……………………… 99
Abstract……….…………………………………………………………………… 100
Introduction….………………..…………………………………………………… 101
Material and Methods….…………………...……...……………………………… 103
Results….…………………………………..……………………………………… 108
Discussion….……………………………………………………………………… 120
Study 4: Functional role of small macrofauna on the structure of benthic
microbial communities………………………………………………………………… 137
Abstract……….…………………………………………………………………… 138
Introduction….………………..…………………………………………………… 139 141
Results….…………………………………..……………………………………… 147
Discussion….……………………………………………………………………… 157
Study 5: Control of benthic ciliates and meiofauna by grazers in marine,
brackish and freshwater sediments: a cross system comparison……………………. 175
Abstract….…………………………………………………………………………. 176
Introduction………………………………………………………..……………….. 177
Material and Methods………………………………………………………….…… 179
Results …………………………………………………………………….…….... 185
Discussion…………………………………………………………...……………... 198 General discussion....................................................................……………………….. 211
Influence of environmental attributes…………………………………………….. 211
Relationships between organisms………………………………………………… 213
Suggested model of matter and energy flow in small benthic communities….….. 215
Conclusion……………………………………………………………………..…. 216
Subjects of further research………………………………………………………. 216
References of general introduction and general discussion...................……..........… 219
List of abbreviations....................................................................................................… 223
Danksagung..................................................................................................................... 225
Anlagen zur Dissertation................................................................................................ 227 Zusammenfassung
Zusammenfassung
Gegenstand dieser Doktorarbeit waren Untersuchungen zur Vertiefung des Verständnisses der
Strukturen und der Entwicklungsdynamik mikrobieller Gemeinschaften, vor allem von
Protisten. Die wichtigste Erkenntnis der letzten Jahren über Protisten war, dass sie gegenüber
bisherigen Annahmen eine viel größere Rolle beispielsweise im Kohlenstoff- und
Energiekreislauf in der Natur spielen.
Es wurden mehrere Studien zur saisonalen Dynamik und geographischen Verteilung von
Mitgliedern der „kleinen benthischen Gemeinschaft“ in Süß- und Salzwasser-Systemen im
gemäßigten und arktischen Klima durchgeführt. Eines der Ziele war die Entwicklung eines
allgemeinen Modells der Wechselbeziehungen und der wirkenden Kontrollfaktoren in
benthischen Gemeinschaften. Zur Durchführung der Analysen wurden Proben aus den oberen
3 mm von Oberflächensedimenten im Flachwasser von Seen und Meeresgebieten genommen.
Die Abundanzen und Biomassen von Bakterien, Cyanobakterien, Diatomeen sowie von
phototrophen und heterotrophen Nanoflagellaten wurden mit Hilfe der Epifluoreszens-
mikroskopie ausgezählt. Ciliatenarten und Meiofauna wurden mit Hilfe der QPS (quantitative
protagol staining) Färbetechnik lichtmikroskopisch bestimmt und gezählt. Wasser- und
Lufttemperatur, Salzgehalt des Wassers, Wassergehalt des Sediments, Korngrößenverteilung,
Gehalt von gesamtem und organischem Kohlenstoff und Stickstoff sowie Gehalt an
Chlorophyll-a wurden gemessen, um den Einfluß dieser Umweltfaktoren auf die
Organismengemeinschaft und auf deren gesamte Biomasse abzuschätzen.
Die Untersuchungen im feinsandigen Watt bei Dorum (Deutschland) ergaben, dass die
bentische Gemeinschaft einem saisonalen Zyklus folgte. Im Winter und Frühling wurde sie
im wesentlichen durch bottom-up Effekte kontrolliert. Ein zunehmender top-down Einfluss,
vermutlich vor allem durch den Fraß von Meiofauna, wurde zum Sommer hin ermittelt. Im
Herbst nahmen diese top-down Effekte wieder ab, begleitet von einer Erholung der
Abundanzen microphytobenthischer Organismen. Untersuchungen von benthischen
Gemeinschaften in küstennahen Sedimenten von Seen und marinen Regionen wurden in
Deutschland, Nord Amerika (USA; Pennsylvania, New Jersey) und Grönland durchgeführt.
Die Analysen ergaben beträchtliche Unterschiede zwischen den Biomassen der einzelnen
Mitglieder der Gemeinschaften sowie der Zusammensetzung und Vielfalt der Ciliaten-Arten.
Weiterhin wurde bei der Untersuchung der Ciliaten-Arten eine große Variabilität von
Fraßtypen zwischen den verschiedenen Gemeinschaften ermittelt, herbivore Arten waren
jedoch in allen Untersuchungsgebieten am häufigsten. Die ermittelten Unterschiede bei
Biomassen und Abundanz der Organismen sowie bei der Artenvielfalt der Ciliaten an den
1Zusammenfassung
verschiedenen untersuchten Standorten konnten nicht auf die Unterschiede der gemessenen
Umweltfaktoren wie Salzgehalt des Wassers, Klima oder Kohlenstoffgehalt des Sediments
zurückgeführt werden. In statistischen Analysen wurde der Gehalt von Chlorophyll-a als
einziger Faktor ermittelt, der die Biomassen und Abundanz der Organismen der benthischen
Gemeinschaft beeinflusst hatte. Die Lieferanten von Chlorophyll-a konnten jedoch nicht
eindeutig ausgemacht werden. Es schien sich die Hypothese von Manini et al. (2003) zu
bewahrheiten, nach der die Zusammensetzung und damit die Verfügbarkeit von Kohlenstoff
für die Organismen in mikrobiellen Gemeinschafen im küstennahen Flachwasser von großer
Bedeutung ist. In einer Reihe von Laborexperimenten wurde der Einfluss des Fehlens aller
Makrograzer, sowie der Anwesenheit einzelner kleiner Makrograzer wie Hydrobia ulvae,
Corophium sp., Chironomiden Larven oder Polychaeten auf die benthischen mikrobiellen
Gemeinschaften an den verschiedenen Standorten analysiert. In einem Langzeit
Feldexperiment auf Sylt wurde der Einfluss des Wattwurms Arenicola marina auf die
strukturelle Zusammensetzung mikrobieller Gemeinschaften untersucht. Die Ergebnisse
dieser Experimente zeigten, dass kleine Makrofauna-Organismen eher positiv stimulierende
Effekte auf die mikrobielle Gemeinschaft ausüben als negative durch Fraß. Darüber hinaus
legten die Ergebnisse des Langzeitausschlusses von A. marina nahe, dass auf lange Sicht die
Rolle dieses Grazers von anderen Grazern übernommen wurde.
Quervergleiche zwischen den Ergebnissen aus dieser Doktorarbeit und Literaturdaten führen
zu dem Schluss, dass die trophischen Ebenen in mikrobiellen Gemeinschaften im Feinsand
mariner und limnischer Systeme fließend sind und die meisten Organismen eher
oppo