Biogeochemical consequences of organic matter release by reef-building scleractinian corals [Elektronische Ressource] / Malik Naumann. Betreuer: Christian Wild

Malik Naumann

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• Publié par: ludwig-maximilians-universitat_munchen
• Publié le: 01 janvier 2010
• Nombre de lectures: 26
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 18 Mo

Extrait

Biogeochemical consequences of organic matter
release by reef-building scleractinian corals











Dissertation
der Fakultät für Geowissenschaften der
Ludwig-Maximilians-Universität München




vorgelegt von
Malik Naumann

24. September 2009 Dissertation zur Erlangung des Doktorgrades der Naturwissenschaften der Fakultät für
Geowissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universität München, Fachbereich Geobiologie.

Die vorliegende Arbeit wurde in der Zeit von Juli 2006 bis September 2009 an der Fakultät
für Geowissenschaften und am GeoBio-Center der LMU in München angefertigt.






Betreuer: PD Dr. Christian Wild
Zweitgutachter: Prof. Dr. Alexander Altenbach

Disputation: 27. Januar 2010


















For my parents,
for introducing me to the wonders
of coral reefs from an early age
and for their everlasting support











































“Coral reefs are threatened, not doomed – if we can
avoid extreme climate change, runoff and over-fishing.
Prevention is better than cure, but recovery is possible.
The decisions we make now, or don’t make,
will have profound long-term consequences.”

th(Terry Hughes, 11 ICRS Fort Lauderdale 2008)




Danksagung
Ich möchte mich hiermit bei allen herzlichst bedanken, die in jeglicher Art und Weise an der
Entstehung dieser Arbeit beteiligt waren.
Für die Begutachtung der Arbeit, sowie für zahlreiche und hilfreiche Anregungen und
Kommentare, möchte ich mich ausdrücklich bei meinem Betreuer Dr. Christian Wild bedanken.
Darüber hinaus danke ich Prof. Dr. Alexander Altenbach für die Übernahme des
Zweitgutachtens, sowie allen weiteren Mitgliedern der Promotionskommission für die
Begutachtung dieser Dissertation.
Mein größter Dank gebührt meinem Doktorvater Dr. Christian Wild, der die Anfertigung
dieser Arbeit an der Fakultät für Geowissenschaften ermöglicht, betreut und zu jeder Zeit ihrer
Entstehung, auf Feldreisen wie in München, mit ganzer Kraft unterstützt hat. An dieser Stelle
möchte ich auch Prof. Dr. Claudio Richter danken, der lange vor der Entstehung dieser Arbeit
den Kontakt zwischen Dr. Christian Wild und mir hergestellt hat.
Ein ganz besonderer Dank geht an alle weiteren Mitglieder der Arbeitsgruppe CORE,
insbesondere an meine Mitdoktoranden Andreas Haas, Wolfgang Niggl, Florian Mayer, Carin
Jantzen, Sandra Schöttner und Laura Wehrmann, von denen ich immer große Unterstützung
erfahren durfte, wodurch viele Teilaspekte dieser Arbeit, besonders während der Feldreisen, erst
durchführbar wurden. Chris Williamson danke ich für seine ausdauernde Hilfe bei der
Probenaufbereitung und für die englischsprachige Verbesserung der Manuskripte.
Dr. Christoph Mayr und Dr. Ulrich Struck sei für Ihren großen Einsatz bei der Analytik und
der Interpretation von Messergebnissen gedankt.
Den Mitgliedern und Verantwortlichen der Marine Science Station Aqaba in Jordanien,
insbesondere dem letztjährig verstorbenen Yousef Ahmed und meinem Feld-Betreuer Dr.
Mohammad Al-Zibdeh, gebührt mein Dank für Ihre Gastfreundschaft und Unterstützung während
der Feldstudien am Roten Meer.
Bei Dr. Christian Laforsch und Mechthild Kredler, sowie bei Eva Christoph möchte ich mich
für ihre Einführung in die Methoden der Computertomographie bedanken.
Vielen Dank auch an alle Koautoren der einzelnen Manuskripte dieser Dissertation für die
gute Zusammenarbeit und konstruktive Diskussion.
Ich möchte mich außerdem bei allen Mitgliedern der Fakultät für Geowissenschaften der
Ludwig-Maximilians-Universität München, insbesondere aber bei meinen Kolleginnen und
Kollegen in der Sektion für Paläontologie/Geobiologie und der Staatssammlung, für das stets
angenehme Arbeitsumfeld und eine schöne Zeit in München bedanken.
Diese Arbeit wurde im Rahmen des Emmy Noether Programms der Deutschen
Forschungsgemeinschaft durch Fördermittel (Wi 2677/2-1) an Dr. Christian Wild ermöglicht.
Nicht zuletzt gebührt mein Dank meinen Eltern und meinem Bruder Ya şar, sowie meinen
lieben Freunden Nina, Mirco, Kathi, Martin, Guil, Conny, Susi, Sole, Lioba, Jens, Philipp, Kata
und Alex, die mich zu jeder Zeit unterstützt haben.
Thesis abstract
This thesis is composed of 12 chapters presenting a series of biogeochemical and ecological
investigations relevant to coral reef ecosystems. The major focus lies on the consequences of
organic matter release by benthic reef organisms, in particular reef-building scleractinian
corals, for biogeochemical element cycles of fringing coral reefs, globally the most common
reef type. Warm water coral reefs, while thriving in oligotrophic marine environments, are
nonetheless characterized by high primary production rates facilitated by efficient utilization,
recycling and conservation of organic matter within reef biogeochemical processes.
Scleractinian corals contribute substantially to biogeochemical processes and general reef
ecosystem engineering by several synergistic features, which include (1) the construction of
complex reef frameworks enhancing habitat and species diversity, (2) the erosion-induced
supply of biogenic calcareous sands functioning as catalytic filter systems for organic matter
recycling, and (3) the continuous release of organic matter, e.g. as mucus, initiating reef
element cycles and conservation of essential nutrients via particle trapping.
Within this thesis, the ecosystem engineering feature of organic matter release by reef
corals is examined by successive investigations on distinct pathways of this material within
fringing reef ecosystems: ranging from its initial release and function as an energy and
nutrient carrier, to its degradation and recycling by reef-associated organisms, in particular
microbes. Quantitative investigations provide the first comprehensive overview of organic
matter release rates by dominant scleractinian coral taxa and elucidate its substantial
contribution to organic matter pools in reef-surrounding waters. In situ and laboratory studies
exhibit the efficient microbial degradation of coral-derived organic matter in reef waters and
sandy reef sediments, emphasizing its significant input to pelagic and benthic reef
metabolism. Studies on the trapping efficiency of particulate coral mucus for picoplankton
organisms indicate its potential role in benthic-pelagic coupling processes and biomass
conservation within fringing reef ecosystems. Further, the function of coral-derived organic
material in reef trophic interactions is demonstrated by tracer studies revealing its uptake by
coral-associated organisms. These combined findings confirm organic matter release as a
significant component of ecosystem engineering performed by corals in fringing reef systems.
In addition, comparative studies involving scleractinian corals and benthic reef algae are
presented that evaluate the specific role of organic matter release by both, at times dominant,
organism groups in biogeochemical processes and reef ecosystem functioning. In the light of
global climate change, these studies suggest far reaching consequences for reef
biogeochemical element cycles with concomitant implications for general ecosystem
functioning, attributed to benthic community phase shifts towards reef algae dominance.
With reference to the findings for scleractinian corals, investigations on the release,
biogeochemical cycling and ecological role of organic matter exuded by other dominant
cnidarian reef taxa from warm and cold water coral reefs are included, which further
underline the significance of organic matter release by reef cnidarians in biogeochemical
element cycles of coral reef ecosystems. Chapter 1 of this thesis, “A precise and non-destructive method to calculate the surface
area in living scleractinian corals using X-ray computed tomography and 3D modelling”,
introduces a new technique, making use of high-accuracy medical computer tomography and
digital 3D-modeling, enabling researchers to very precisely determine the surface area of
scleractinian corals. As corals possess a complex physical architecture and intricate surface
structure representing an important reference parameter for the standardization of growth
rates, metabolic processes and matter fluxes (e.g. organic matter release), the development of
this technique provides new possibilities for the precise and non-invasive surface area
quantification of living coral specimens.
As most studies in coral science are conducted in locations without direct access to
computer tomographic techniques,