Methods for the species-specific analysis of photosynthesis and top-down vs. bottom-up control in marine phytoplankton
Oceanography
Final Report Abstract
Das Ziel des Projektes war es, geeignete Methoden zu finden, um artspezifische photosynthetische Effizienzen in Phytoplanktongemeinschaften zu analysieren. Diese Methoden sollten in der Lage sein, den Beitrag einzelner Arten oder Gruppen des Phytoplanktons an der Energieweitergabe im Nahrungsnetz zu beschreiben. Die Hypothese war, dass schnell wachsende aber wenig abundante Arten die wichtigste Nahrung für das Zooplankton darstellen, während abundante Arten nicht gefressen werden und somit für höhere trophische Ebenen nicht von Bedeutung sind. Um diese Hypothese zu testen, wurde eine Kombination von Flow Cytometer und Mikroskop-basierter Pulsamplituden-modulierter Fluoreszenzmessung (MIKROSKOP-PAM) eingesetzt. Der Fraßdruck des Mikrozooplanktons wurde mit Hilfe der Dilution-Methode bestimmt. Das Projekt wurde am Royal Netherlands Institute for Sea Research (NIOZ) in Yerseke, Niederlande, durchgeführt. Zusätzlich zu dem Methodentest wurde über ein Nährstoff-Bioassay-Experiment die Nährstofflimitation des Phytoplanktons in der Oosterschelde während des Frühjahrs aufgeklärt. MIKROSKOP-PAM und das ähnliche IMAGING-PAM stellten sich als ungeeignet heraus, um die oben dargestellte Hypothese zu testen. Der Grund hierfür war, dass nur große und unbewegliche Zellen von den Instrumenten erkannt wurden, obwohl kleine Arten häufig abundanter waren. Außerdem war es nicht möglich, die photosynthetische Effizienz der gleichen Art zwischen den Wochen des Experiments oder auch nur zwischen den verschiedenen Ansätzen innerhalb einer Woche zu vergleichen, da „ineffiziente“ Zellen sofort auskonkurriert und daher in den Proben nicht mehr gefunden wurden. Physiologische Unterschiede innerhalb der Phytoplanktongemeinschaft basierten daher auf Wachstumsraten, die mit der Dilution-Methode ermittelt wurden. Mit der Flow Cytometrie und der Dilution-Methode konnten aber Unterschiede in Nährstofflimitation, Fraßdruck und Wachstumsraten zwischen Gruppen innerhalb der Phytoplanktongemeinschaft gemessen werden. Einige Phytoplankton-Populationen hatten hohe Wachstumsraten und hohe Mortalitätsraten durch Fraßdruck bei gleichzeitig geringer Abundanz (Top-Down Kontrolle), aber niedrige Wachstums- und Mortalitätsraten bei hoher Abundanz. Hier bestätigte sich die oben beschriebene Hypothese. Andere Gruppen waren anscheinend keinem Fraßdruck ausgesetzt, sondern waren vermutlich nährstofflimitiert (Bottom-Up-Kontrolle). Die Gruppen der Phytoplanktongemeinschaft unterschieden sich auch in ihrem jeweils limitierenden Nährstoff. Während die Gesamtpopulation entweder P- oder N-limitiert war, waren einzelne Gruppen zur gleichen Zeit z.B. Si-limitiert. Die Daten liefern somit wertvolle Informationen zur Struktur von Phytoplanktongemeinschaften. Zukünftige Studien können mit Hilfe der hier aufgeführten Methoden die Vorhersage von Sukzession und Entwicklung von Phytoplanktonblüten verbessern. Das Flow Cytometer konnte nur kleine Zellen (< 10 µm) erfassen. Um in zukünftigen Studien auch größere Zellen zu berücksichtigen, können Wachstumsraten über Zellzählungen am Mikroskop ermittelt werden. Die Methoden bilden die Grundlage für einen Forschungsantrag, den die Antragstellerin im Anschluss an dieses Projekt plant.
