Muschelschalen-basierte, hochaufgelöste Multi-proxy-Rekonstruktion mariner Primärproduktion – Pecten maximus, Bucht von Brest

• Antragsteller: Professor Dr. Bernd R. Schöne
• Fachliche Zuordnung: Paläontologie ; Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Physik, Chemie und Biologie des Meeres
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 406350147

• Erstellungsjahr: 2024

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Das deutsch-französische Kooperationsprojekt HIPPO zielte darauf ab, geochemische Methoden für die Rekonstruktion mariner Primärproduktion anhand von Muschelschalen zu entwickeln bzw. zu verfeinern, die u.a. für Meereswissenschaften, Paläoökologie und Paläoklimatologie nützlich sein könnten. Als Untersuchungsgebiet wurde ökologisch bereits intensiv beforschte Bucht von Brest in NW Frankreich gewählt. Schalen von Pecten maximus dienten als biogene Archive für Primärproduktions-Dynamiken und die Elemente Ba, Mo und Li (in-situ gemessen via LA-ICP-MS) als entsprechende Proxys. Die wichtigsten Ergebnisse lassen sich wie folgt zusammenfassen: 1) Ba/Cashell dient als Indikator für bestimmte Phytoplankton-Arten, insb. Diatomeen, und nicht – wie in der Vergangenheit oft proklamiert – als Proxy für die Gesamtheit der Phytoplanktonzellen im Wasser. 2) Bei der Interpretation der Ba/Cashell Daten müssen artspezifische Variationen der Menge zellulären Bariums berücksichtigt werden. 3) Mo/Cashell-Werte sind mit Blüten bestimmter Dinoflagellaten sowie Diatomeen- Aggregationsereignissen assoziiert. 4) Große Diatomeenblüten und das Vorkommen bestimmter Gattungen toxischer Kieselalgen führen zur hohen Li/Cashell-Werten. 5) Die geochemische Aufzeichnung dieser Umweltsignale in der Schale erfolgt zeitverzögert (Tage). 6) Ba/Cashell, Mo/Cashell and Li/Cashell-Verhältnisse erfassen zuverlässig ökologische Signale der Wassersäule. Prozesse an der Sediment-/Wasser-Grenze haben dagegen keinen großen Einfluß auf die Spurenelementprofile der Schalen. 7) Ba, Mo und Li können nicht nur als qualitative, sondern auch als quantitative Proxys zur Rekonstruktion der Phytoplanktondynamik dienen. Letzteres erfordert allerdings eine Normalisierung, weil schalenspezifische Parameter (Schalenhöhe, Wachstumsund Filtrationsrate) die Aufnahme der Spurenelemente und deren Einbau in die Schale beeinflussen. 8) Laut geochemischer Analysen archäologischer Schalen werden Umweltsignale der Vergangenheit (>4500 Jahre BP) zuverlässig im Schalenkarbonat aufgezeichnet. Dies erlaubt die Rekonstruktion von Phytoplanktondynamiken der Vergangenheit. 9) Stickstoffisotopenanalysen an der organischen Matrix der Schalen (sowohl bulk als auch komponentenspezifisch) legen nahe, daß P. maximus als hochauflösendes Archiv zur Rekonstruktion von Nahrungsnetz-Dynamiken dient. Die in diesem Projekt gewonnenen Erkenntnisse und aufgestellte Hypothesen legen den Grundstein für zukünftige Studien. (1) Kontrollierte Fütterungsexperimente mit spezifischen Phytoplanktonarten als Nahrung wären äußerst nützlich, um die vorgeschlagenen Aufnahmemechanismen von P. maximus zu überprüfen und so die untersuchten Proxys weiter zu optimieren. (2) Ba/Cashell, Mo/Cashell und Li/Cashell sollten in anderen Jakobsmuschel-Taxa getestet werden, ggf. sogar in anderen Muschelarten. (3) Arbeiten an (sub)fossilen Schalen von Jakobsmuscheln sollten fortgesetzt werden, um mit Hilfe der hier entwickelten geochemischen Werkzeuge den anthropogenen Einfluß auf die Phytoplankton-Dynamiken zu erforschen. Dies könnte Prognosen über zukünftige Trends der Phytoplanktonentwicklung ermöglichen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Scallop shells as geochemical archives of phytoplankton‐related ecological processes in a temperate coastal ecosystem. Limnology and Oceanography, 67(1), 187-202.
  Thébault, Julien; Jolivet, Aurélie; Waeles, Matthieu; Tabouret, Hélène; Sabarot, Sophie; Pécheyran, Christophe; Leynaert, Aude; Jochum, Klaus Peter; Schöne, Bernd R.; Fröhlich, Lukas; Siebert, Valentin; Amice, Erwan & Chauvaud, Laurent
  
• Ba/Ca profiles in shells of Pecten maximus – A proxy for specific primary producers rather than bulk phytoplankton. Chemical Geology, 593, 120743.
  Fröhlich, Lukas; Siebert, Valentin; Walliser, Eric O.; Thébault, Julien; Jochum, Klaus Peter; Chauvaud, Laurent & Schöne, Bernd R.
  
• Deciphering the potential of Ba/Ca, Mo/Ca and Li/Ca profiles in the bivalve shell Pecten maximus as proxies for the reconstruction of phytoplankton dynamics. Ecological Indicators, 141, 109121.
  Fröhlich, Lukas; Siebert, Valentin; Huang, Qian; Thébault, Julien; Jochum, Klaus Peter & Schöne, Bernd R.
  
• HIPPO environmental monitoring: Impact of phytoplankton dynamics on water column chemistry and the sclerochronology of the king scallop (Pecten maximus) as a biogenic archive for past primary production reconstructions.
  Siebert, Valentin; Moriceau, Brivaëla; Fröhlich, Lukas; Schöne, Bernd R.; Amice, Erwan; Beker, Beatriz; Bihannic, Kevin; Bihannic, Isabelle; Delebecq, Gaspard; Devesa, Jérémy; Gallinari, Morgane; Germain, Yoan; Grossteffan, Émilie; Jochum, Klaus Peter; Le Bec, Thierry; Le Goff, Manon; Liorzou, Céline; Leynaert, Aude; Marec, Claudie ... & Thébault, Julien
  
• Uptake of barium, molybdenum, and lithium and incorporation into scallop shells: Refining proxies for primary production dynamics. Limnology and Oceanography, 68(11), 2544-2561.
  Fröhlich, Lukas; Siebert, Valentin; Huang, Qian; Thébault, Julien; Moriceau, Brivaëla; Jochum, Klaus Peter & Schöne, Bernd R.