Die Halacaridae (Meeresmilben) gehören, mit ihrer Körpergröße von 200-500 mym, zum Meiobenthos. Unter den Milben sind sie die einzigen, die vollständig an ein Leben im Meer angepasst sind; sie besiedeln den Bereich von der oberen Gezeitenlinie bis in die Tiefseegräben. Zur Zeit sind etwa 900 Arten bekannt. Im Vergleich zu den Küsten im Osten und Westen des Nordatlantiks zeichnen sich die Australiens durch eine äußerst artenreiche Halacaridenfauna aus: jede geographische Region entlang der Küste scheint in erster Linie eigene Arten zu beherbergen. Die geplanten Probennahmen bei Dampier an der tropischen Nordwestküste Australiens sollen Daten liefern für einen Vergleich mit den bereits bearbeiteten Faunen von Rottnest Island (Südwestaustralien) und dem Great Barrier Reef (Ostaustralien).
Ziel der Universität Bielefeld in den Teilprojekten (TP 1&3) ist die Analyse der Auswirkungen von Mikroplastikpartikeln (MP) auf die benthische Meiofauna, sowohl im Freiland als auch in künstlichen Ökosystemen. Zu diesem Zweck werden Sedimente und Aufwuchs von ausgewählten Gewässern (Talsperren und Stauhaltungen) hinsichtlich ihrer natürlichen Meiofauna-Lebensgemeinschaften analysiert. In komplexen Modellökosystemen (Mikro- und Mesokosmen) wird der Einfluss von MP auf die benthische Meiofauna sowie deren potentielle Nahrung (Bakterien, Algen) und Räuber untersucht. Anhand dieser realistischen Expositionsszenarien sollen Rückschlüsse auf MP-induzierte Veränderungen in natürlichen benthischen Lebensgemeinschaften abgeschätzt werden und eine direkte Vergleichbarkeit der natürlichen und künstlichen Ökosysteme gewährleistet werden. Zur Bestandsaufnahme der Meiofauna werden an den ausgewählten Feldstandorten Sediment- und Biofilmproben (z.B. Aufwuchs an Staumauer) genommen und die Lebensgemeinschaften hinsichtlich ausgewählter Parameter (Abundanz, Biomasse, Struktur der Lebensgemeinschaften) analysiert. Aus den Modellökosystemen (Mikro- und Mesokosmen) werden über den Versuchszeitraum Proben entnommen, um die benthische Meiofauna zu analysieren (Abundanz, Biomasse, Struktur der Lebensgemeinschaften). Die Nematoden aus diesen experimentellen Ansätzen werden zusätzlich auf Artniveau bestimmt. Ausgewählte Organismen aus den Freilandproben sowie den Laborexperimenten werden hinsichtlich der Präsenz von MP im Körper mikroskopisch analysiert.
Seit der Formulierung des Konzeptes der 'Mikrobiellen Schleife' ('microbial loop') und der Erkenntnis, dass virenbedingte Lyse von Bakterien einen zusaetzlichen Regulationsfaktor fuer die Bakterienproduktion bildet, hat sich das Verstaendnis ueber die Funktion von Energiefluessen in aquatischen Oekosystemen grundlegend verbessert. Allerdings stammen die Ergebnisse, die die Funktion der mikrobiellen und viralen Schleife beschreiben, ueberwiegend aus Studien in der Wassersaeule sowohl von marinen als auch von limnischen Systemen. Die aus diesen Studien abgeleitete These der mikrobiellen Schleife wurde bisher noch nie gruendlich auf ihre Anwendbarkeit auf die angrenzenden aeroben Sedimentsysteme getestet, ueber die Beziehung Viren -Bakterien in solchen Systemen gibt es ueberhaupt keinerlei Untersuchungen. Daraus leitet sich die Arbeitshypothese ab, a) dass entweder solche Beziehungen fuer die Mitglieder der mikrobiellen Gemeinschaft in aquatischen Sedimenten gar nicht existieren, und dass folglich ein neuer konzeptioneller Rahmen fuer, die Interpretation der beobachteten Prozesse und fuer die Entwicklung von Modellen zur Vorhersage von Richtung und Gi-613enordnung des Energieflusses in aquatischen Sedimenten definiert werden muss, oder b) dass generell zuwenig Daten ueber die Struktur und die stattfindenen Prozesse innerhalb der mikrobielle Gemeinschaft im Sediment vorhanden sind, und dass bisher keine zufriedenstellende experimentelle Annaeherung an die Frage nach der Gueltigkeit des Konzepts der mikrobiellen Schleife fuer aquatische Sedimente gelungen ist. Ziel unserer Studie ist es zu untersuchen, ob die einzelnen Mitglieder des mikrobiellen Kompartiments von aeroben aquatischen Sedimenten ausgehend vom Konzept der mikrobiellen Schleife eine vergleichbare Rolle haben wie in der Wassersaeule. Schwerpunkte der Untersuchung sind 1) Frassdruck der Protozoen auf die Bakterien und Remineralisation durch die Protozoen, und ob diese Prozesse von quantitativer Bedeutung fuer das mikrobielle Kompartiment sind, II) die Rolle der Lyse durch Viren in der Kontrolle der bakteriellen Sekundaerproduktion, III) die Faktoren, die die bakterielle Abundanz und Produktion regulieren, wenn die beiden zuvor genannten Grossen (Predation und Lyse) keinen relevanten Einfluss haben, und IV) die Rolle der benthischen Meiofauna in der Kontrolle der Produktion von Bakterien, Protozoen und Viren. Diese Studie ist der erste Versuch, das Konzept des 'microbial loop' auf seine Gueltigkeit auch fuer aerobe aquatische Sedimente zu testen, wobei die Intergration der Bakteriophagen als entscheidender Schritt zu einem besseren Verstaendnis der Funktion des mikrobiellen Systems anzusehen ist. Die experimentelle Verbindung von mikrobieller und viraler Schleife stellt einen bisher vernachlaessigten Ansatz bei der Untersuchung der qualitativen und quantitativen Zusammenhaenge innerhalb des mikrobiellen Kompartiments in aquatischen Sedimenten dar.
Es soll untersucht werden, welchen Einfluss die klimabedingte Veränderung der saisonalen Meereisdynamik auf die benthischen und pelagischen Lebensgemeinschaften der Laptewsee hat. Die Arbeiten des Teilprojekts sind eingebettet in das Arbeitspaket III, in dessen Rahmen in Zusammenarbeit mit TP 2B sowie russischen Partnern in einem integrierten, arbeitsteiligen Forschungsansatz koordinierte Untersuchungen der drei marinen Teilsysteme Meereis, Wassersäule und Meeresboden in der Laptewsee und der Framstraße durchgeführt werden sollen. In diesem Kontext konzentriert sich TP 5A auf das Benthos der Laptewsee. Außerdem sind Untersuchungen des Zooplanktons geplant, die von den russischen Projektpartnern durchgeführt werden. Aufbauend auf den aus umfangreichen und langjährigen russischen und deutschen Vorarbeiten vorliegenden Erkenntnissen sollen dazu weiterführende vergleichende Studien mit zwei Hauptzielen durchgeführt werden: (a) Räumlich hoch aufgelöste Bestimmung der Zusammensetzung, Diversität und Besiedlungsmuster der Meeresbodenfauna (Meiobenthos, Makrobenthos) sowie des Mesozooplanktons in ausgewählten Teilgebieten der Laptewsee, (b) Abschätzung des Kohlenstoffumsatzes und der Nährstoffbilanz der im Meeresboden lebenden Fauna (Endobenthos), sowie deren Reaktion auf klimabedingte Veränderungen in Partikelfluss, Nahrungsverfügbarkeit und benthischen Besiedlungsdichten.
Die Lebensgemeinschaft am Seeboden gibt in ihrer Artenzusammensetzung Auskunft über den Zustand sowohl des Gewässers als auch des Sediments. Ihre Untersuchung ist daher ein wichtiger Teil der Seenüberwachung. Gegenüber der frei beweglichen Lebensform der Freiwasserlebensgemeinschaften leben alle Bewohner des Seebodens mehr oder weniger ortsgebunden. Ihre Zusammensetzung ist daher vorwiegend ein Spiegel lokaler Umweltbedingungen. Am Seeboden ändern sich die Lebensbedingungen oft sehr kleinräumig. Daher sind für die Bewertung des Seezustandes aufwändigere und flächendeckendere Beprobungen als beim Freiwasser erforderlich. Vor allem aus diesem Grund waren bislang umfassendere Bestandsaufnahmen der Lebensgemeinschaften des Seebodens auf den Bodensee beschränkt. Dabei wurden sowohl Makrophyten und Aufwuchsalgen aus auch heterotrophe Benthosorganismen (Makro-, Meio-, Mikrobenthos) berücksichtigt. Makrophyten und Aufwuchsalgen tragen als pflanzliche Organsimen zur Primärproduktion und damit zur Nahrungsversorgung der heterotrophen tierischen und mikrobiellen Lebensgemeinschaften des Seebodens bei. Da ihr Wachstum wie bei allen Pflanzen lichtabhängig ist, ist ihre Verbreitung auf die durchlichteten flachen Bereiche des Seebodens beschränkt. Neben ihrer Bedeutung als Nahrungsquelle bilden sie aber auch wichtige strukturelle Elemente der Flachwasserzone, die einerseits lokale Strömungs- und Sedimentationsmuster beeinflussen und andererseits für viele Organismen Bedeutung für Schutz und Nachwuchssicherung haben. Bei Makrophyten handelt es sich um makroskopische, also mit bloßem Auge sichtbare Wasserpflanzen, die unter und an der Wasseroberfläche leben und bis mehrere Meter lang werden können. Dazu gehören Armleuchteralgen (Charophyta), Moose, Farne sowie Samenpflanzen (z.B. Laichkräuter, Seerosen und Teichrosen). Die meist mikroskopisch kleinen Aufwuchsalgen besiedeln Steine, Sedimente und setzen sich insbesondere aus Kiesel- und Goldalgen zusammen, in stärker belasteten Gewässern nimmt der Anteil von Blau- und Grünalgen zu, die dann oft fädig-zottige Beläge bilden. Makrophyten und Aufwuchsalgen können - vergleichbar mit Planktonalgen - als Zeigerorganismen (so genannte Indikatoren) für die Nährstoffbelastung herangezogen werden. Aufgrund ihres Wachstums in Ufernähe sind sie vor allem als Anzeiger punktueller Belastung geeignet (z.B. Abwassereinleitungen, hohe Bestände an Wasservögeln). Fotos: See mit Wasserpflanzen (links) sowie Armleuchteralgen unter Wasser (rechts). Fotograf: Humberg. Der Seeboden ist auch Lebensraum für heterotrophe tierische und mikrobielle Lebensgemeinschaften. Deren Nahrungsversorgung erfolgt in den durchlichteten Flachwasserbereichen vor allem über die vor Ort entstandene pflanzliche Produktion von Makrophyten und Aufwuchsalgen, in den lichtlosen Tiefenwasserbereichen dagegen ausschließlich über absedimentierende, im See selbst produzierte organische Substanz oder über organische Sinkstoffe aus Zuflüssen. Entsprechend der Größe der Organismen unterscheidet man das Makrobenthos (mit bloßem Auge sichtbar > 200 µm), Meiobenthos (200 – 40 µm) und Mikrobenthos (< 40 µm). Das Makrobenthos zeigt große Unterschiede mit der Wassertiefe: Im Flachwasserbereich dominieren Wasserinsekten, Egel, Schnecken, Muscheln und Kleinkrebse, im Tiefenwasserbereich Schlammröhrenwürmer, Zuckmückenlarven und Strudelwürmer. Manche dieser Organismen können durch ihre Wühltätigkeit im Schlamm den Sediment-Wasser-Austausch intensivieren (Bioturbation) . Das bislang nicht so intensiv untersuchte Meiobenthos wird von Fadenwürmern (Nematoden) dominiert. Zusätzlich werden Rädertiere, Bärtierchen und Kleinkrebse regelmässig gefunden. Aufgrund der festgestellen Biomassen und hohen Wachstumsgeschwindigkeiten kann davon ausgegangen werden, dass diese Organismen wesentlich an den biologischen Stoffumsetzungen im Seeboden beteiligt sind. Das Mikrobenthos setzt sich aus Bakterien und einzelligen Urtierchen (Protozoen) zusammen. Deren Funktion ist wie im überstehenden Wasser insbesondere der Abbau organischer Substanz. Damit verursachen sie auch die in der Regel steilen Gradienten für Sauerstoff und Redoxpotential in der Sediment-Wasser-Grenzschicht und beeinflussen auf diese Weise auch die Stoffflüsse zwischen Sediment und Wasser. Fotos: Flohkrebs (oben); Zuckmückenlarve (unten).
Die Ökologie des Litorals (Flachwasserzone) und die Wechselwirkungen zwischen Litoral und Pelagial (Freiwasserzone) werden in einem längerfristigen, interdisziplinären und koordinierten Ansatz wissenschaftlich untersucht. Wir streben an, zu einem generellen mechanistisch-kausalen Verständnis von der Funktion aquatischer Ökosysteme beizutragen. Datenerhebungen im Freiland an ausgewählten und gemeinsam genutzten Probenahmestellen kombinieren wir mit freilandnahen Mesokosmosexperimenten und mit ökophysiologischen sowie populationsökologischen Laboruntersuchungen. Das Litoral wird als Lebensraum mikrobieller Lebensgemeinschaften (Biofilme, Mikroflora, Bakterien, Pilze) und 'makrobieller' Lebensgemeinschaften (Meiobenthos, Makrobenthos, höhere Pflanzen, Fische) ebenso bearbeitet wie als wichtiges räumliches Kompartiment im Stoffhaushalt des Sees. Dazu gehören auch die gewässerphysikalische Erfassung spezifischer Wasserbewegungen mit entsprechenden Verfrachtungen von biologisch relevantem Material sowie die Fernerkundung vom Flugzeug aus.
Auswirkungen von Rodungen auf die Benthosgemeinschaft.
Das Vorhaben soll einen Beitrag zum Verstaendnis des biogeochemischen Stoffumsatzes in der bodennahen Wasserschicht und den obersten 20 cm des Sedimentes im Arabischen Meer und dem noerdlichen Atlantik liefern. Benthosforaminiferen stellen sehr geeignete Objekte zur Charakterisierung der Verbindung benthischer und pelagischer Oekosysteme dar, da sie empfindlich auf den Eintrag organischen Kohlenstoffs als Nahrungsquelle reagieren. Hierbei soll untersucht werden, wie sich der saisonale Eintrag von partikulaerem Kohlenstoff auf das tropische Gefuege und die Aktivitaeten des Meiobenthos in der Tiefsee auswirkt. Wichtige Themenkomplexe beziehen sich auf die Ernaehrungsweise (Spezialisten, Bakterienfresser, Opportunisten), Mobilitaet, Bioturbationsleistung (Sedimentbewegung, Stoffumsatz, Fruehdiagenese) und Biomassebildung (Kalzifikation, Reproduktion) benthischer Foraminiferen.
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