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Colored dissolved organic matter (CDOM) absorption coefficients in the sea-surface microlayer and the underlying water during a mesocosm phytoplankton bloom in 2023

The effects of a phytoplankton bloom and photobleaching on colored dissolved organic matter (CDOM) in the sea-surface microlayer (SML) and the underlying water (ULW) were studied in a month-long mesocosm study, in May and June of 2023, at the Institute for Chemistry and Biology of the Marine Environment (ICBM) in Wilhelmshaven, Germany. The mesocosm study was conducted by the DFG research group BASS (Biogeochemical processes and Air–sea exchange in the Sea-Surface microlayer, Bibi et al., 2025) in the Sea Surface Facility (SURF) of the ICBM. The facility contains an 8 m × 1.5 m × 0.8 m large outdoor basin with a retractable roof, which was closed at night and during rain events. The basin was filled with North Sea water from the adjacent Jade Bay. Homogeneity of the ULW in the basin was achieved by constant mixing of the water column. The daily SML and ULW samples were collected alternating in the morning, about 1 h after sunrise, and in the afternoon, about 10 h after sunrise. The alternation of sampling times intended to capture a potential effect of sun-exposure duration on DOM transformations and elucidated the day and night variability of the layers. The SML was collected via glass plate sampling (Cunliffe and Wurl, 2014). The ULW was sampled via a submerged tube and a connected syringe suction system in 0.4 m depth. The removed sample volume was refilled with Jade Bay water every day. SML and ULW samples were filtered through pre-flushed 0.7 µm Whatman GF/F and 0.2 nucleopore filters into brown bottles and were stored dark and at 4 °C until measurement within weeks of the study. The brown bottles were previously combusted at 500 °C. CDOM was measured with three liquid waveguide capillary cells (LWCC, WPI, USA) of different pathlengths (10 cm, 50 cm, 250 cm) to increase the measurement sensitivity following the protocols of Röttgers et al. (2024) using a spectral detector (Avantes, Netherlands) for a total spectral range from 230 to 750 nm. A sodium chloride (NaCl) solution was used for the salinity correction. The blank-corrected absorbance spectra were then converted into Napierian absorption coefficients (Bricaud et al., 1981).

Chemical and biological characterisation of slicks off the German coast of the Baltic Sea in June of 2024 at 9 stations

To characterise slicks chemically and biologically, on 13th, 16th and 18th of June 2024, slicks and underlying water (depth 1m) were sampled at a total of 9 closely clustered stations in the Baltic Sea off the coast of Warnemünde, Germany. On 13.06. and 16.06. samples were taken in the evening, on the 18.06. samples were taken in the morning. On site, salinity (portable Total Dissolved Solids (TDS)-meter CO-330), water temperature (portable Total Dissolved Solids (TDS)-meter CO-330), wind speed (hand-held anemometer model MS6252A) and light intensity (Galaxy Sensors phone app v.1.10.1) were measured. Slick samples were taken with a glass plate sampler (), samples of the underlying water were taken by a syringe connected to a weighted hose. The samples were fixed as needed and analysed for dissolved organic carbon (DOC) concentration, total dissolved nitrogen (TDN) concentration, surfactant (SAS) concentration, viral particle concentration and cellular abundance of phytoplankton in different size classes (pico-, nano- and microphytoplankton). DOC and TDN concentrations were analysed by high temperature catalytic combustion, SAS concentrations by the voltametric technique with a hanging mercury drop electrode (Ćosović and Vojvodić 1998; Rickard et al. 2019). The concentrations of viral particles and phytoplankton were assessed by flowcytometry (BD Accuri C6 flow cytometer).

Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Dient sie zum Schutz gegen Fressfeinde und Pathogene?

Coccolithophoriden sind eine Gruppe von ca. 200-300 marinen Phytoplanktonarten, die in allen Weltmeeren vorkommt. Sie besitzen die besondere Fähigkeit eine Kalkschale (Coccosphäre) zu bauen, die sie aus vielen kleinen Kalkplättchen (Coccolithen) zusammensetzen. Aufgrund ihrer Fähigkeit zu kalzifizieren sind sie ein wichtiger Bestandteil im Klimasystem, denn die Produktion von Kalk nahe der Meeresoberfläche führt zu einem vertikalen Gradienten der Seewasseralkalinität, beschleunigt den Kohlenstoffexport in die Tiefsee und erhöht die Rückstrahlung von einfallender Sonnenenergie von der Erdoberfläche ins Weltall. Trotz intensiver Forschung an der Physiologie der Kalzifizierung und dessen biogeochemischer Relevanz konnten wir eine der entscheidenden Fragen immer noch nicht beantworten: Wozu bauen Coccolithophoriden eine Kalkschale? Die Beantwortung dieser Frage ist von außerordentlicher Bedeutung, denn solange wir nicht wissen wozu die Kalkschale dient können wir auch nicht vorraussagen in welchem Maße sich die durch die Ozeanversauerung zu erwartende Abnhame in der Kalzifizierung negativ auf die Fitness dieser Lebewesen in ihrem natürlichen Lebensraum auswirkt. In dem hier vorgestellten Projekt möchten wir die Frage nach der Bedeutung der Kalzifizierung erforschen, indem wir untersuchen ob die Coccosphäre einen Schutz gegen planktonische Räuber, Bakterien und Viren darstellt. Dazu haben wir eigens einen experimentellen Ansatz entwickelt wobei kalzifizierte und dekalzifizierte Coccolithophoridentzellen zusammen mit deren Fressfeinden und Pathogenen kultiviert werden. Dieser Ansatz erlaubt es uns folgende Fragestellungen zu untersuchen: 1) Sind kalzifizierte Zellen besser in der Lage sich gegen Fraß und Infektion zu schützen als Zellen ohne Coccosphäre? 2) Bevorzugen Fressfeinde und Pathogene solche Zellen, bei denen die Coccosphäre entfernt wurde, wenn ihnen beides angeboten wird? 3) Sind Wachstum und Reproduktion von Fressfeinden und Pathogenen verlangsamt, wenn sie kalzifizierte Zellen fressen oder infizieren?

KOSMOS 2023 Helgoland mesocosm study on ocean alkalinity enhancement: dissolved inorganic nutrients, chlorophyll a and suspended particulate organic matter

We conducted a mesocosm study to investigate ecosystem responses to ocean alkalinity enhancement (OAE) in the temperate waters of the German North Sea on Helgoland in spring 2023. We simulated non-CO2-equilibrated OAE via calcium hydroxide through the addition of calcium chloride and sodium hydroxide. Twelve 6 m³ mesocosms were used to simulate two scenarios: in six mesocosms we established a gradient of added alkalinity from 0 to 1250 µmol/kg in increments of 250 µmol/kg, simulating immediate (imm) dilution of alkalised waters. For the second set of six mesocosms, alkalinity was added only to the top 1 m of each mesocosm, doubling the target added alkalinity. The top layer was mixed with the untreated bottom layer after 48 hours, simulating delayed dilution of alkalised waters (del) and ultimately leading to the same alkalinity gradient as the immediate dilution treatment. This data contains water column biogeochemical variables, including dissolved inorganic nutrient concentrations (µmol/L), chlorophyll a concentrations (µg/L) and suspended particulate matter (biogenic silica, particulate organic carbon, nitrogen and phosphate; µmol/L). Nutrients, particulate organic phosphate and biogenic silica were measured spectrophotometrically (Unicam UV 300, Thermo Spectronic, USA). High-performance liquid chromatography (Thermo Scientific HPLC Ultimate 3000) was performed for chlorophyll a determination and particulate organic carbon and nitrogen were measured using an elemental analyser (Flash EA, Thermo Fisher).

Molekulare und ökophysiologische Diversität von Phytoplankton-Pilz Systemen

Pilzparasiten auf Phytoplankton sind ubiquitär und stellen eine integrale Komponente aquatischer Ökosysteme dar. Trotz zunehmender Hinweise, dass diese parasitischen Pilze eine wichtige Rolle für verschiedenste Ökosystemfunktionen spielen - via top-down Kontrolle von Phytoplanktonblüten und alternativen Kohlenstoff- und Nährstoffflüssen - sind sie noch immer stark vernachlässigt und wenig erforscht. Insbesondere methodische Gründe sind dafür verantwortlich, so sind sie morphologisch schwierig zu identifizieren und werden daher häufig übersehen. Neuerdings zeigen Untersuchungen von Umwelt-DNA eine unerwartet hohe Diversität von meist noch nicht beschriebenen Pilzen in aquatischen Ökosystemen. Ein bedeutender Teil dieser noch unbekannten Sequenzen gehört zu den parasitischen Pilzen auf Phytoplankton. Bis heute bleiben diese jedoch noch weitgehend unsichtbar für mikrobielle Ökologen, da sie bisher nur einen kleinen Anteil der beschriebenen Arten von parasitischen Pilzen auf Phytoplankton in den Sequenzdatenbanken ausmachen. Daher, ist die Hauptaufgabe dieses Projektes, diese Lücke zwischen morphologischen und molekularen Studien mit klassischen Kultivierungsverfahren und kultivierungsunabhängigen modernen Ansätzen zu überbrücken. Dies erlaubt der Umweltgenomik, einen direkten Zugang zu taxonomischem Wissen, das während mehr als einem Jahrhundert generiert wurde. Ferner wird die Verbindung von Diversitäts- und Funktionsanalyse aquatischer Pilze ermöglicht. Die phylogenetische Integration dieser bisher stark vernachlässigten Gruppe parasitischer Pilze auf Phytoplankton wird einen wichtigen Beitrag darstellen, um die evolutionären Schlüsselereignisse der basalen Pilze an der Wurzel des Pilzstammbaumes zu verstehen. Die zweite Aufgabe soll sein, unser Wissen zu den ökophysiologischen Eigenschaften der Phytoplankton-Pilz-Interaktionen zu entschlüsseln. Zusätzlich erlaubt das einzigartige Set von Modellsystemen, physiologische Experimente durchzuführen, die die Bedeutung von Temperatur und Licht auf die Interaktion von wohl-definierten Phytoplankton-Pilzkulturen beleuchten und die taxonomische sowie ökologische Variabilität (Spezialist vs. Generalist) untersuchen. Diese Studien werden wichtige, bisher noch fehlende Grunddaten bzgl. Taxon-spezifischen und Trait-abhängigen physiologischen Antworten von Phytoplankton-Pilz Interaktionen liefern. Solche Daten sind sehr wichtig, um jetzige und zukünftige Vorhersagen von Pilzinfektionen und ihren Auswirkungen auf die Phytoplanktondynamik sowie auf die des gesamten Nahrungsnetzes im Zusammenhang mit den momentanen globalen Veränderungen zu verbessern.

Direkte Effekte kleinskaliger Turbulenzen auf Entwicklung und Lebensstrategien mariner phototropher Einzeller

Übergreifendes Ziel des Vorhabens ist es, die Rolle der Turbulenz für die Populationsdynamik des Phytoplanktons in marinen Systemen zu untersuchen. Im Zentrum des Projektes steht die zu überprüfende Hypothese, dass Ausprägung und Sukzession morphofunktionaler Lebensformen im Phytoplankton nicht ausschließlich Ausdruck unterschiedlicher Nährstoff-, Licht- und Temperaturregime im Milieu sind, sondern im entscheidenden Maße von direkten Turbulenzeffekten abhängen, die unmittelbar das Wachstum einzelner Arten regulieren und mit den anderen Steuerfaktoren interagieren. Im vorliegenden Projekt werden Auswirkungen unterschiedlicher kleinskaliger Turbulenzintensitäten auf die Phytoplanktonzuammensetzung im Feld, in Mesokosmen und Laborexperimenten untersucht und das Wachstum dominanter Arten auf seine Turbulenzsensitivität hin getestet. Eine praktische Herausforderung hierbei ist darüber hinaus die Beantwortung der Frage, wie zuverlässig und reproduzierbar Turbulenzintensitäten im experimentellen Modellsystemen erzeugt werden können.

WRRL: Ökologischer Zustand OWK 2022-2027 - Phytoplankton

Nach Anlage 4 OGewV sind für die Bewertung des ökologischen Zustands vier biologische Komponenten heranzuziehen: hier Bewertung Phytoplankton

WMS: WRRL-Bewertung DE (sh-llur)

Gesamt- und Einzelbewertung der Küstengewässer Deutschlands gemäß Wasserrahmenrichtlinie für den Zeitraum 2003 - 2008. Es werden Qualitätskomponenten Phytoplankton (QE1_1), Großalgen und Angiospermen (QE1_2) und Makroinvertebraten (QE1_3) sowie der ökologische und chemische Gesamtzustand der Küstengewässer bis zur Hoheitsgrenze dargestellt.

Artenspektrum des Phytoplanktons in Kleingewaessern des Bodensee-Raums

Untersuchung des Artenspektrums (insbesondere Massenarten und groessere Formen) in Kleingewaessern, Ried- und Moorgebieten in Abhaengigkeit von der Jahreszeit. Ca. 1 mal monatlich werden Proben entnommen; zum Teil erfolgt die Untersuchung an Ort und Stelle, zum Teil wird die Probe am umgekehrten Mikroskop ausgezaehlt. Fuer Benthosarten erfolgt die Auswertung am aufrechten Mikroskop. Es wurde eine Artendokumentation von ca. 140 Arten angelegt. Ca. 60 Prozent der Arten kommen auch im Bodensee vor.

Integration von hochauflösendem Monitoring und merkmalbasierte Modellierung zum Verständnis und zur Prognose von Phytoplankton-Dynamiken (AQUASCOPE)

Die Dynamik von Planktongemeinschaften wird durch Einflussfaktoren, die von unten nach oben (Wasserphysik und Chemie) und von oben nach unten (natürliche Feine) wirken, kontrolliert. Die relative Bedeutung und Richtung dieser Effekte auf die Zusammensetzung der Taxa sowie die relative Abundanz sind in natürlichen Gemeinschaften jedoch nicht hinreichend belegt: Sie variieren in Zeit und Raum und hängen auch von physiologischen und ökologischen Wechselwirkungen ab, die durch verschiedene Merkmale beeinflusst werden. Ziel dieses Projektes ist es, die Auswirkungen interagierender Kontrollen (z.B. Temperatur, Verwirbelung, Nährstoffversorgung, Identität von Weidegängern, Dichte und Beuteauswahl) auf Phytoplankton in Seen innerhalb taxonomischer und größenbasierter Kategorien zu quantifizieren, um merkmalbasierte theoretische und datenbasierte Modelle (neu) zu entwickeln, die eine genaue Prognose zu Veränderungen in Plankton-Nahrungsnetzen und somit von Ökosystemprozessen und -dienstleistungen über Umweltgradienten in Raum und Zeit ermöglichen. Dieses Projekt beinhaltet drei miteinander verbundene Arbeitspakete: 1) Anwendung neuer Methoden für In-situ-Monitoring, 2) Datenanalyse (Erforschung von Mustern, Hypothesenüberprüfung und Analyse von Einflussfaktoren), und 3) merkmalbasierte Modellierung (Entwicklung und Überprüfung von Theorien, Prognosen über Raum und Zeit). Dieses Projekt wird Unterwasseraufnahmen als neues Werkzeug für Forschung und routinemäßiges Monitoring evaluieren. Durch die gewonnenen Daten werden wir mittels merkmalbasierter Rahmenbedingungen in der Lage sein, Konzepte und Theorien in der Gemeinschaftsökologie zu präzisieren, insbesondere darüber, wie Chemie und Physik sowie die Wechselbeziehungen zwischen den Arten die Dynamik von Phytoplanktongemeinschaften über Zeit und Raum beeinflussen können. Das quantitative Verständnis von Einflussfaktoren und Mechanismen, die in der Gemeinschaft die Struktur und Abundanz steuern, wird uns Prognosen über Veränderungen in der Biodiversität von Plankton über Umweltgradienten und Algenblüten ermöglichen.

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