Pan-oceanic spatial scaling of planktonic ciliate diversity
Microbial Ecology and Applied Microbiology
Final Report Abstract
Ein Verständnis räumlicher Biodiversitätsmuster ist von Bedeutung, um z.B. die Kontrolle von Krankheiten und deren Vektoren, die Ausbreitung invasiver Arten, sowie die Auswirkungen vom Klimawandel auf Biodiversität(sverlust) und Ökosystemfunktion/-service besser zu verstehen. Deshalb ist die Untersuchung Latitudinaler Diversitätsgradienten (LDG) eines der bedeutendsten Felder in der ökologischen Biogeographie-Forschung. In der Makroökologie sind LDGs seit mehr als zwei Jahrhunderten sehr gut beschrieben. Für Protisten, eine essentielle Komponente mariner Ökosysteme, ist dies jedoch ähnlich wie für Bakterien nicht der Fall. Dies macht Beiträge (Hypothesenentwicklungen) aus der mikrobiellen Ökologie zu mechanistischen Ursachen räumlicher Biodiversitätsmuster, so wie sie aus der Makroökologie bekannt sind, kaum möglich. Im Rahmen der Forschungsfahrt M116 mit F/S Meteor wurden Proben entlang eines marinen Latitudinal-Transekts von Süd-West England bis zu den Kapverden gesammelt. Mittels molekularbiologischer Methoden (eDNA metabarcoding) wurden Veränderungen in der Diversität des Protistenplanktons untersucht und in statistischen multivariaten Analysen wurden die Ergebnisse in einen Kontext zu gemessenen Umweltparametern und geografischen Parametern gestellt. Folgende Hypothesen wurden dabei getestet: H1) Alpha-Diversität ändert sich nicht in Abhängigkeit vom latitudinalen Gradienten. H2) Die Zusammensetzung der Arten im Protistenplankton ändert sich nicht in Abhängigkeit vom latitudinalen Gradienten. H3) Die Artendiversität ändert sich nicht entlang eines latitudinalen Gradienten in Abhängigkeit der Körpergröße. Während H1 und H3 bestätigt wurden, konnte H2 abgelehnt werden. In alpha-Diversitätsanalysen konnte der für Makroorganismen beobachtete LDG im nördlichen Atlantik weder für die gesamte Protistengemeinschaft noch für einzelne numerisch relevante Taxongruppen nachgewiesen werden. Ebenso konnte dementsprechend kein Zusammenhang zwischen der Ausprägung eines LDG und der organismischen Zellgröße im Protistenplankton festgestellt werden. Jede der numerisch abundanten Taxongruppe reagierte auf verschiedene Umwelttreiber. Diese Reaktion auf einzelne spezifische Parameter könnte eine Erklärung für das Fehlen eines typischen LDG sein, da diese spezifischen einzelnen Umweltparameter ebenfalls nicht mit dem Breitengrad korrelieren, sondern vermutlich mit anderen ozeanischen Ereignissen (Strömungen, Wirbel, Eintrag von Küstenregionen, lokale Auftriebsereignisse) in Zusammenhang stehen. Entlang des LDG wurden jedoch signifikante Veränderungen in der Struktur der Lebensgemeinschaften (beta-Diversitätsanalysen) (gesamte Gemeinschaft und auch einzelne Taxongruppen) beobachtet. Für alle Protisten erklärten geographische Parameter den größten Anteil der beobachteten Varianz: Breitengrad, Entfernung von der Küste und räumliche Autokorrelation erklärten zusammen 30 % der veränderten Gemeinschaftszusammensetzung. Weitere wichtige Parameter waren Sauerstoffkonzentration, N-Sättigung und Temperatur (zusammen 18 % der Varianz erklärt). Die besten RDA-Modelle der numerisch bedeutenden Taxongruppen bezogen sich ebenfalls hauptsächlich auf geografische Parameter, mit Ausnahme von Chlorophyta, für die die Leitfähigkeit allein bereits 32,5 % der Beta-Diversitätsvarianz erklärte. Durch diese erhaltenen Ergebnisse lassen sich unterschiedliche räumliche Skalierungsmuster für Protistenplankton und marine Makroorganismen nachweisen. Dies ist von Bedeutung für fundamentale ökologische Prozesse, welche durch Diversifizierungsmechanismen mitgeprägt werden. Weiterhin ist eine wichtige Erkenntnis aus diesem Projekt, dass unterschiedliche Taxongruppen im Protistenplankton unterschiedlichen räumlichen Skalierungsmustern folgen, und somit einer separaten Betrachtung unterzogen werden sollten. Eine Betrachtung der Protisten „Black-Box“ als Ganzes kann zu fehlerhaften Schlüssen bezüglich räumlicher Skalierungsmuster unter den einzelligen Eukaryoten führen.
