Der Einfluss von Nährstofflimitationen auf Primär- und Sekundärkonsumenten und die Weitergabe dieses Limitationssignals an höhere trophische Ebenen
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die steuernden Faktoren, die bei der Weitergabe von Ressourcen von einer trophischen Ebene zur nächsten eine Rolle spielen, beschäftigen seit geraumer Zeit den Forschungsbereich der Stöchiometrie. Trotz des regen Interesses an diesem Forschungsschwerpunkt, konnte erst kürzlich belegt werden, dass die Effizienz der Weitergabe zwischen einzelnen Ebenen der Nahrungskette durch die Nahrungsqualität stark beeinflusst wird. Dieses Projekt hatte zum Hauptziel, die Auswirkungen von stöchiometrischen Limitationen auf Ebene der Primärproduzenten und deren Weitergabe an Organismen höherer trophischer Ebenen, wie z.B. Zooplankton und Quallen, genauer zu untersuchen. Im Mittelpunkt standen hierbei die Weitergabe von Nährstofflimitation sowie die Frage, ob Limitationen an der Schnittstelle zwischen Phyto- und Zooplankton sich im Folgenden auch auf die Nahrungsqualität und die biochemische Zusammensetzung von Konsumenten auswirken. Die Mechanismen, die die Nahrungsqualität determinieren und somit die Ernährungssituation höherer trophischer Ebenen sowie das Wachstum und die Reproduktion von Sekundärkonsumenten beeinträchtigen, waren hierbei von besonderem Interesse. Mithilfe von Freilanduntersuchungen und experimentellen Ansätzen sollte dieses Projekt neue Erkenntnisse über die Auswirkungen und die Weitergabe von Limitationssignalen an höhere trophische Ebenen liefern. Die Isotopensignaturen des Sestons und des Zooplanktons an der Helgoländer Reede zeigten, dass ein Anstieg im Isotopensignal stark mit dem Anteil an autotrophen und heterotrophen Komponenten im Seston korreliert ist was auf eine Umstellung der Ernährung von autotrophen auf heterotrophe Organismen schließen lässt. Die Isotopenanreicherung zeigte jedoch auch eine starke Abhängigkeit von Fraktionierungsprozessen in Zusammenhang mit der jeweiligen Nährstoffsituation in der Wassersäule, da sich mit Auftreten von Nährstofflimitation dies in einem erhöhten δ15N Signals (Anreicherung des schweren Isotops 15N) des Sestons niederschlug. Außerdem war es anhand der Sl-Signale möglich, die tropischen Interaktionen zwischen den verschiedenen Planktonorganismen genauer zu beleuchten. Zur Untersuchung der Einflüsse und der Weitergabe von Limitationssignalen an der Schnittstelle zwischen Primärproduzenten und höhere trophischen Ebenen wurden mehrere Experimente durchgeführt. Zunächst wurde mit Hilfe einer drei- und einer viertrophischen Nahrungskette N- und P-Limitation auf Primärproduzentenebene untersucht und eine Weitergabe dieser Limitationssignale an Konsumenten analysiert. Auswirkungen der Limitationen konnten sowohl auf Primär- als auch auf Sekundärkonsumentenebene festgestellt werden (z.B. durch veränderte Fettsäurespektren der Konsumenten) und somit die Weitergabe der Limitationen verfolgt werden. In einem weiteren Experiment wurde im Speziellen der Einfluss von Phospatlimitation auf Algen und Copepoden und ihre Auswirkungen auf Rippenquallen untersucht. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass Rippenquallen eher kohlenstoff- als phosphatlimitiert sind und P-limitierte Copepoden mit ihrem höheren Kohlenstoffgehalt eine bessere Futterquelle für sie darstellen. Desweiteren wurde der Einfluss der Nahrungsqualität auf die Kondition von Hummerlarven untersucht, wobei jeweils das C:N:P Verhältnis der Primärproduzenten manipuliert und die Reaktion der Konsumenten auf unterschiedliche Futterqualitäten untersucht wurde. Hierzu wurden die Primärproduzenten zunächst unter N- und P-Limitation kultiviert, wobei ein Futterqualitätsgradient durch die Zugabe des jeweiligen limitierenden Nährstoffs erzeugt wurde. Ausserdem wurden die Hummerlarven kurz- und langfristig unterschiedlichen Nahrungsqualitäten ausgesetzt und der Einfluss von unterschiedlichen Nahrungsqualitäten auf verschiedene ontogenetische Larvalstadien untersucht. Es zeigte sich, dass die Kondition der Hummerlarven schon auf sehr schwache Veränderungen in der Nahrungsqualität reagierte und dass die jüngsten Larvalstadien am deutlichsten auf Veränderungen in der Futterqualität reagierten. Dies deutet auf Veränderungen im Umgang mit Futterqualitätsunterschieden innerhalb der Larvalentwicklung von Hummern hin und zeigt, dass das Überleben und die Kondition von frühen Stadien wesentlich stärker von Veränderungen in der Nahrungsqualität betroffen sind. Ein weiterer Aspekt der in diesem Projekt untersucht wurde, widmete sich der Bedeutung von Nahrungsqualitäts- und quantitätsaspekten. Es zeigte sich, dass sich eine verminderte Nahrungsqualität schon bei sehr geringen Futterquantitäten negativ auf die Kondition von Hummerlarven auswirkt und die Nahrungsqualität somit der entscheidende Faktor für das Wachstum und die Überlebenswahrscheinlichkeit von Hummerlarven im Freiland darstellt. Zusammenfassend ist festzuhalten, dass die Limitationssignale auf der Primärproduzentenebene durchaus durch die Nahrungskette weiterzuverfolgen sind.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- European Marine Biology Symposium (EMBS), Kiel, Germany: "Differential effects of nutrient-limited primary production on larval fish and hydromedusae condition" (27.-31.08.2007)
Malzahn AM, Aberle N, Petereit C, Schoo K, Hantzsche F & Boersma M
- European Marine Biology Symposium (EMBS), Kiel, Germany: "Phosphorous limitation in phytoplankton and the propagation of limitation signals to primary consumers" (27.-31.08.2007)
Schoo K, Aberle N, Malzahn AM & Boersma M
- (2008). Nutritional limitation travels up the food chain. International Review of Hydrobiology 93 (4-5), 479-488
Boersma M, Aberle N, Hantzsche FM, Schoo KL, Wiltshire KH, Malzahn AM
- ASLO Aquatic Science Meeting, Nice, France: Differential effects of nutrient-limited primary production on larval fish and hydromedusae condition (25.-30.01.2009)
Malzahn A, Aberle N, Schoo K, Hantzsche F, Boersma M
- ASLO Aquatic Science Meeting, Nice, France: Stoichiometric effects of nutrient limitation in primary producers on higher trophic levels (25.-30.01.2009)
Schoo K, Aberle N, Malzahn A, Boersma M
- (2010) Differential effects of nutrient-limited primary production on primary, secondary or tertiary consumers, Oecologia 162: 35-48
Malzahn AM, Hantzsche FM, Schoo KL, Boersma M, Aberle N
- (2010) Does the nutrient stoichiometry of primary producers affect the secondary consumer Pleurobrachia pileus? Aquat Ecol, 44: 233-242
Schoo K, Aberle N, Malzahn AM, Boersma M
- ASLO Summer Meeting, Santa Fe, New Mexico, USA: Trophic interactions in the marine food web: The missing nutrient link (06.-11.06.2010)
Schoo K, Aberle N, Malzahn A, Boersma M
