Induzierbare Verteidigungen in Daphnien gegen Fischprädation: Induktion von DVM durch 5α-cyprinol sulfate unter quasi-natürlichen Bedingungen und Identifizierung des Life-History-Änderungen induzierenden Kairomons

• Antragsteller: Professor Dr. Eric von Elert, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 442030826

Kleinkrebse der Gattung Daphnia spielen im Nahrungsnetz von Seen und Tümpeln eine zentrale Rolle, weil sie bedeutsame Konsumenten der planktischen Primärproduktion sind und zugleich als wichtige Beute für höhere trophische Ebenen fungieren. Daphnien stellen Lehrbuchbeispiele für die Induzierbarkeit von Verteidigungen durch Kairomone dar. Kairomone von Fischen, wichtigen Prädatoren von Daphnien, induzieren bei Daphnien Life-History Changes (LHCs) und diurnale Vertikalwanderung (DVM). Diese induzierbaren Verteidigungen bei Daphnien vermindern nicht nur die Effizienz der Räuber, sondern haben Ökosystem-weite Auswirkungen. In der Arbeitsgruppe des Antragstellers wurde kürzlich das DVM-induzierende fischbürtige Kairomon als 5α-cyprinol sulfate (5α-CPS) identifiziert und gezeigt, dass es im Labor in picomolaren Konzentrationen DVM bei Daphnia magna induziert. Methoden zur Reinigung von 5α-CPS in präparativem Maßstab und zur Quantifizierung von 5α-CPS mittels UPLC-gekoppelter hochauflösender Massenspetrometrie sind in der Arbeitsgruppe gut etabliert.Darauf aufbauend soll hier untersucht werden, ob 5α-CPS in Mesokosmen DVM in einer natürlichen Daphnien-Gemeinschaft induziert und begleitend dazu sollen in-situ Konzentrationen von 5α-CPS gemessen werden, mit dem Ziel, Schwellenkonzentrationen für die Induktion von DVM durch 5α-CPS unter quasi-natürlichen Bedingungen zu ermitteln. Im Freiland resultieren in-situ Konzentrationen von 5α-CPS aus der Ausscheidung durch Fische und dem gleichzeitigen bakteriellen Abbau. Um diese Prozesse zu untersuchen, sollen bei verschiedenen Temperaturen Freisetzungsraten für 5α-CPS für individuelle Fische in Abhängigkeit von Körpergröße und Ernährungszustand ermittelt werden. Bakterielle Abbauraten von 5α-CPS sollen bei verschiedenen Temperaturen durch Inkubation von Seewasser, das zuvor mit bekannten Konzentrationen von 5α-CPS versehen wurde, und begleitende Quantifizierung von 5α-CPS ermittelt werden.Neben DVM stellen LHCs in Daphnien eine weitere wichtige induzierbare Verteidigung gegen Fische dar. Allerdings ist die chemische Natur des LHC-induzierenden Kairomons unbekannt. Hier wird vorgeschlagen, zunächst zu testen, ob 5α-CPS LHCs induziert. Falls nicht, so soll Extrakt aus Fischinkubationswasser in mehreren, auf einander aufbauenden Runden mittels HPLC, die an ein hochauflösendes Massenspektrometer gekoppelt ist, fraktioniert werden. Die Fraktionen werden auf ihre LHC-induzierende Aktivität getestet. Mittels non-targeted Metabolomics und Fragmentierungsexperimenten soll das LHC-induzierende Kairomon identifiziert werden.Insgesamt streben die Untersuchungen an (i) die DVM-Induktion in Daphnien durch 5α-CPS unter quasi-natürlichen Bedingungen zu erfassen und Freisetzungs- und Abbauraten von 5α-CPS abzuschätzen, und (ii) das LHC-induzierende Kairomon zu identifizieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen