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Physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE655/2

Conductivity-temperature-depth profiles were measured using a Seabird SBE 911plus CTD during RV HEINCKE cruise HE655/2. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus), conductivity (SBE4) and oxygen (SBE43) as well as one sensor for pressure (SBE9plus). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer and an altimeter (PSA-916 Teledyne (Benthos)) were mounted to the CTD. Temperature, conductivity and oxygen sensors are calibrated by the manufacturer once a year before being mounted in January. They are used throughout the year and no post-cruise or in-situ calibration is applied. All other sensors are calibrated irregularly. Data were connected to the station book of the specific cruise as available in the DSHIP database. Processing of the data including removal of obvious outliers followed the procedures described in CTD Processing Logbook of RV HEINCKE (hdl:10013/epic.47427). The processing report for this dataset is linked below.

Ermittlung latitudinaler Artendiversitätsgradienten: Benthische Copepoda (Harpacticoida) und Loricifera des Südpolarmeeres

Im Rahmen des internationalen Expeditionsvorhabens ANDEEP (Antarctic benthic deep-sea biodiversity) soll die Artenvielfalt der benthischen Harpacticoida (Copepoda) untersucht werden. Dafür sollen auf zwei Fahrtabschnitten je zwei weit auseinanderliegende Stationen mit mehreren Multicorern hintereinander in Tiefen ab 3000 m beprobt werden. Für jede Probe soll die Artenzusammensetzung und die Abundanz der einzelnen Arten vierer ausgewählter übergeordneter Taxa (Argestidae, Pseudotachidiidae, Neobradyidae, Huntemanniidae) als Grundlage für eine Untersuchung der Diversitätsmuster ermittelt werden. Durch Vergleich der vier Stationen untereinander und mit denen der bereits durchgeführten DIVA-Expedition zum Angola-Becken soll überprüft werden, wie groß die Areale sind, die einzelne Arten besiedeln bzw. wie hoch der Anteil weit verbreiteter und lokaler Arten ist. Dies ist wichtig, will man zu einer überschlagmäßigen Abschätzung der Gesamtartenzahl der Harpacticoida in der Tiefsee gelangen. Außerdem wird ein Vergleich der Harpacticoida der antarktischen Tiefsee mit denen des Schelfes angestrebt. Ausgewählte Teiltaxa sollen systematisch bearbeitet werden. Zusätzlich werden von uns die Loricifera untersucht.

Physical oceanography during RV HEINCKE cruise HE614

Conductivity-temperature-depth profiles were measured using a Seabird SBE 911plus CTD during RV HEINCKE cruise HE614. The CTD was equipped with duplicate sensors for temperature (SBE3plus), conductivity (SBE4) and oxygen (SBE43). Additional sensors such as a WET Labs C-Star transmissometer, a WET Labs ECO-AFL fluorometer and an altimeter (PSA-916 Teledyne (Benthos)) were mounted to the CTD. Temperature, conductivity and oxygen sensors are calibrated by the manufacturer once a year before being mounted in January. They are used throughout the year and no post-cruise or in-situ calibration is applied. All other sensors are calibrated irregularly. Data were connected to the station book of the specific cruise as available in the DSHIP database. Processing of the data including removal of obvious outliers followed the procedures described in CTD Processing Logbook of RV HEINCKE (hdl:10013/epic.47427). The processing report for this dataset is linked below.

Seawater carbonate chemistry and growth, reproduction of calcifying and non-calcifying epibionts of a brown macroalga in a laboratory experiment

Seaweeds are key species of the Baltic Sea benthic ecosystems. They are the substratum of numerous fouling epibionts like bryozoans and tubeworms. Several of these epibionts bear calcified structures and could be impacted by the high pCO2 events of the late summer upwellings in the Baltic nearshores. Those events are expected to increase in strength and duration with global change and ocean acidification. If calcifying epibionts are impacted by transient acidification as driven by upwelling events, their increasing prevalence could cause a shift of the fouling communities toward fleshy species. The aim of the present study was to test the sensitivity of selected seaweed macrofoulers to transient elevation of pCO2 in their natural microenvironment, i.e. the boundary layer covering the thallus surface of brown seaweeds. Fragments of the macroalga Fucus serratus bearing an epibiotic community composed of the calcifiers Spirorbis spirorbis (Annelida) and Electra pilosa (Bryozoa) and the non-calcifier Alcyonidium hirsutum (Bryozoa) were maintained for 30 days under three pCO2 conditions: natural 460±59 µatm, present-day upwelling1193±166 µatm and future upwelling 3150±446 µatm. Only the highest pCO2 caused a significant reduction of growth rates and settlement of S. spirorbis individuals. Additionally, S. spirorbis settled juveniles exhibited enhanced calcification of 40% during daylight hours compared to dark hours, possibly reflecting a day-night alternation of an acidification-modulating effect by algal photosynthesis as opposed to an acidification-enhancing effect of algal respiration. E. pilosa colonies showed significantly increased growth rates at intermediate pCO2 (1193 µatm) but no response to higher pCO2. No effect of acidification on A. hirsutum colonies growth rates was observed. The results suggest a remarkable resistance of the algal macro-epibionts to levels of acidification occurring at present day upwellings in the Baltic. Only extreme future upwelling conditions impacted the tubeworm S. spirorbis, but not the bryozoans.

Seawater carbonate chemistry and skeletal integrity of a marine keystone predator (Asterias rubens)

The current increase in atmospheric CO2 concentration induces changes in the seawater carbonate system resulting in decreased pH and calcium carbonate saturation state, a phenomenon called ocean acidification (OA). OA has long been considered as a major threat to echinoderms because their extensive endoskeleton is made of high‑magnesium calcite, one of the most soluble forms of calcium carbonate. Numerous studies addressed this question in sea urchins, but very few questioned the impact of OA on the sea star skeleton, although members of this taxon do not compensate their extracellular pH, contrary to most sea urchins. In the present study, adults of the common sea star, Asterias rubens from Kiel Fjord, a site experiencing natural acidification events exceeding pCO2 levels of 2500 μatm, were chronically exposed to different levels of simulated ocean acidification (pHT-SW 8.0, 7.4, 7.2), encompassing present and future conditions, for the duration of 109 days. Corrosion and mechanical properties of skeletal elements were studied using scanning electron microscopy, three-point bending tests as well as nanoindentation. The spines were significantly corroded at pHT-SW 7.4 and below while the ambulacral plates were only affected at pHT-SW 7.2. Nanoindentation of newly formed spines and ambulacral plates did not reveal significant CO2-induced differences in skeleton hardness or elasticity across treatments. Results of three-point bending tests revealed significantly reduced characteristic strength and fracture force of ambulacral plates from the median arm segment at pHT-SW 7.4 and below. These plates are those supporting the tube feet involved in the opening of bivalves during feeding and in the animal attachment to the substrate. Under reduced seawater pH, this might result in fracture of sea star plates during predation on mussel. The present results predict a possible impact of ocean acidification on the skeletal integrity of a marine keystone predator.

Seawater carbonate chemistry and hatching success and size of the marine clam Limecola balthica

Anthropogenic CO2 emissions are rapidly changing seawater temperature, pH and carbonate chemistry. This study compares the embryonic development under high pCO2conditions across the south-north distribution range of the marine clam Limecola balthicain NW Europe. The combined effects of elevated temperature and reduced pH on hatching success and size varied strongly between the three studied populations, with the Gulf of Finland population appearing most endangered under the conditions predicted to occur by 2100. These results demonstrate that the assessment of marine faunal population persistence to future climatic conditions needs to consider the interactive effects of co-occurring physico-chemical alterations in seawater within the local context that determines population fitness, adaptation potential and the system resilience to environmental change.

Impact of ocean acidification on thermal tolerance and acid-base regulation of Mytilus edulis (L.) from the North Sea

Auswirkungen erhoehter 'organic matter' Gehalte auf ein Fliessgewaesseroekosystem - Untersuchungen am Beispiel eines praealpinen Moorbaches

Problemstellung: Moorassoziierte Fliessgewaesser erhalten aus den benachbarten, organisch gepraegten Lebensraeumen einen erheblichen Stoff- und Energieeintrag, dabei spielen vor allem Huminstoffe ein quantitativ bedeutende Rolle. Zielsetzung: Fuer die Haidgauer Ach im Wurzacher Ried (Lkr. Ravensburg) wurde exemplarisch untersucht, inwieweit sich dieser Eintrag auf Limnochemie und die Makrozoobenthoszoenose des Gewaessers auswirkt. Die limnochemischen Untersuchungen erfassten Menge und Dynamik der eingetragenen organic matter Frachten und deren Quellen. Das Zoobenthos wurde quantitativ auf zoenotischer Ebene sowie auf der Ebene einzelner biomassebestimmender Populationen durchgefuehrt. Um direkte Auswirkungen geloester organischer Stoffe auf aquatische Evertebraten zu hinterfragen, wurden ionenregulative Epithelien nach Exposition unter experimentellen Bedingungen mit dem Elektronenmikroskop untersucht. Die Ergebnisse belegen einen potamalisierenden Effekt der 'organic matter' Eintraege. Innerhalb der Zoenose traten zusaetzliche graduelle Verschiebungen auf, die beispielsweise auf die hohe Mobilisierung der organischen Partikel oder die Reduktion der Bioverfuegbarkeit von Calcium durch die geloesten organischen Stoffe zurueckzufuehren waren. Erste Ergebnisse zur Auswirkung der erhoehten Huminstoffgehalte auf subzellulaerer Ebene ergaben, dass Chloridzellen von Koecherfliegenlarven bei hohen Huminstoffgehalten vergroesserte Bereiche mit glattem endoplasmatischen Retikulum aufweisen. Diese Veraenderungen in der Ultrastruktur deuten damit einen moeglicherweise toxischen Effekt von Huminstoffen unter neutralen Bedingungen an, der zu einer Anpassungsreaktion auf zellulaerem Niveau fuehrt. Stand der Arbeit: Datenerhebung und experimentelle Versuche abgeschlossen, statistische Auswertung der Daten und Texterstellung laeuft.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1158: Antarctic Research with Comparable Investigations in Arctic Sea Ice Areas; Bereich Infrastruktur - Antarktisforschung mit vergleichenden Untersuchungen in arktischen Eisgebieten, Bedeutung von Meio- und Makrofauna für Ökosystemfunktion: Auswirkungen regional unterschiedlicher Eisbedeckungsmuster

Die antarktischen Ökosysteme sind von starken Veränderungen betroffen, insbesondere was die Eisbedeckung angeht. Wir wissen nicht wie dies die Prozesse am Meeresboden, die benthischen Funktionen, beeinflusst. Informationen zur Rolle verschiedener Tiergemeinschaften für benthische Funktionen unter variabler und stabiler Eisbedeckung sind für ein besseres Verständnis der Ökosystemprozesse dringend notwendig. Nur in wenigen Studien wurden unterschiedliche Größenklassen wie Meio- und Makrofauna gleichzeitig untersucht, und in keiner wurde ihre Bedeutung für benthische Funktionen untersucht. Daher ist der Einfluss von geringer werdender oder sich verändernder Meereisbedeckung auf die trophischen Interaktionen zwischen Meio- und Makrofauna sowie deren Bedeutung für die Prozesse am Meeresboden nicht geklärt. Dazu gehört auch ob und wie sich die benthische Remineralisation, bestimmt durch Stoffflussmessungen von Ammonium, Nitrat, Phosphat, Kieselsäure und Sauerstoff an der Sediment-Wasser-Grenzschicht, verändert. Für den Südozean ist über die jeweiligen Anteile der Meio- und Makrofaunagemeinschaften an dieser Remineralisation nichts bekannt.Mit unserem 3-Jahres Projekt werden wir gemeinsam die Reaktion benthischer Ökosystemfunktionen auf unterschiedliche Meereisbedeckungssituationen im Weddellmeer und entlang der Antarktischen Halbinsel einschätzen. Um die Rollen der verschiedenen Größenklassen und ihrer assoziierten Taxa im System Meeresboden besser zu verstehen, müssen wir (1) die Bedeutung der Strukturen der Meio- und Makrofaunagemeinschaften für die Ressourcenaufteilung und die Remineralisierung in Regionen mit unterschiedlicher Eisbedeckung und (2) den Effekt von erhöhtem Nahrungsaufkommen bei sich verändernder Eissituationen auf die Interaktionen von Ökosystemfunktion und Größenklassen bestimmen.Die beiden komplementären Aspekte werden mit einem/r gemeinsam betreuten Doktoranden/in durchgeführt. Proben wurden bereits auf den beiden Polarstern-Expeditionen PS 81 (22.01 bis 18.03.2013, nordwestliches Weddellmeer, Antarktische Halbinsel) und PS 96 (06.12.2015 bis 14.02.2016 südöstliches Weddellmeer) genommen. Die untersuchte Region umfasst Gebiete mit reduzierter, variabler und anhaltender Eisbedeckung. Mittels Inkubationen wird die räumliche Variabilität der Remineralisationsraten und die Rolle der Meio- und Makrofaunataxa bestimmt und mit deren Position im Nahrungsnetz zu verbunden. Um den Einfluss erhöhten Nahrungseintrags auf die Partitionierung der Nahrungsaufnahme und die Remineralisation durch die Tiergruppen zu testen, wurden Pulse-Chase Experimente durchgeführt.Die Ergebnisse bilden die Grundlage für das dritte Arbeitspaket: Die Entwicklung eines konzeptionellen Modells für die Evaluation benthischer Systemfunktionen im sich verändernden Südozean, welches die Mehrheit der Größenklassen und Prozesse betrachtet.

Trends in der Makrofaunabesiedlung von Sand- und Schlickboeden im Sublitoral der Deutschen Bucht als Anzeichen langfristiger Milieuveraenderungen: Rueckgang in der Artenmannigfaltigkeit. Veraenderlichkeit der Bodenfauna in der Deutschen Bucht

Forschungen ueber die Veraenderungen der sand- und schlickbewohnenden Bodenfauna, insbesondere ueber einen schon mehrere Jahre andauernden Verarmungstrend im Gebiet vor Elbe- und Wesermuendung. Herausarbeitung grundsaetzlicher Unterschiede bei Schlick- und Sandfauna, insbesondere im Hinblick auf Sauerstoffverhaeltnisse und Substratveraenderungen durch Sturmeinfluesse. Forschungen ueber die Veraenderungen der sand- und schlickbesiedelte Bodenfauna in der Deutschen Bucht ueber lange Zeitraeume an Dauerstationen (Populations- und Assoziationsdynamik). Durch internationale Zusammenarbeit (europaeische LOST-Aktion 47) sollen ueberregional wirksame Einflussgroessen und Entwicklungen in den Tierbestaenden erkannt und in ihrer Bedeutung abgeschaetzt werden, so dass vom Menschen bedingte Veraenderungen sicherer beurteilt werden koennen. Die Forschungen zur Populationsdynamik dienen darueber hinaus zur Abschaetzung von Produktionsleistungen wichtiger Benthosarten.

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