Mechanisms, phenotypic plasticity and genotypic determination of thermal tolerance and related properties in Daphnia and Leptodora kindtii:: consequences for temperature impacts on food web interactions
Final Report Abstract
Daphnien (Wasserflöhe) spielen eine zentrale Rolle in Nahrungsnetzen von Stillgewässern. Vor dem Hintergrund zukünftiger klimatischer Veränderungen wurden Untersuchungen zum Einfluss der Wassertemperatur auf Daphnienpopulationen durchgeführt. Daphnienpopulationen besitzen eine klonale Struktur, d.h. sie bestehen aus einer unterschiedlichen Anzahl verschiedener Klone (genetisch identische Individuen), die durch Parthenogenese aus Gründerindividuen hervorgegangen sind. Diese Gründerindividuen haben entweder in geringer Zahl die Winterperiode überdauert oder entstammen Dauereiern, die vor der Winterperiode durch sexuale Reproduktion entstanden sind. Die parthenogenetische Fortpflanzungsweise erlaubt nach der Winterperiode einen raschen Anstieg in der Populationsstärke der Daphnien, der dem schnellen Anstieg in der Menge an Phytoplankton (Futter) folgt. Die im Forschungsverbund über mehrere Jahre an der Talsperre Saidenbach im Erzgebirge durchgeführten Untersuchen zeigten, dass die klonale Struktur der dort anzutreffenden Daphnienpopulation von den saisonalen und jährlichen Veränderungen in der Wassertemperatur beeinflusst wird, mit der Konsequenz einer Abfolge in der Dominanz unterschiedlicher Klone und Genotypen. Weiterhin zeigte sich, dass diese Klone und Genotypen unterschiedliche Thermotoleranzen besitzen, die gut mit den jeweiligen Temperaturverhältnissen korrelierten. Mit der Wassertemperatur als einem wichtigen Selektionsfaktor finden also mikroevolutive Prozesse statt, die zwar zu einer veränderten klonalen Struktur führen, aber die Daphnienpopulation als Ganzes relativ robust gegenüber Temperaturveränderungen machen. Anpassungen auf Populationsebene (mikroevolutive Veränderungen in der klonalen Struktur) werden dazu beitragen, die Auswirkungen zukünftiger Temperaturveränderungen auf Daphnienpopulationen zu dämpfen. In einem weiteren Untersuchungsbereich wurden die Zusammenhänge zwischen Wassertemperatur, Phytoplankton und Daphnien analysiert. In Sommermonaten mit relativ hoher Wassertemperatur und demzufolge hoher Reproduktionsrate der Daphnien bei gleichzeitig vermindertem Nahrungsangebot (Phytoplankton) führte der entstehende Protein- und Aminosäuremangel zu einer Nutzung und dem Abbau des Atmungsproteins Hämoglobin als Proteinreserve. Wenn andere Einflussfaktoren wie Sauerstoffmangel ausgeschlossen werden können, kann damit die Hämoglobinkonzentration von Daphnien als Indikator für die Proteinversorgungslage dieser Tiere dienen. Weiterhin könnten zukünftige Anstiege in der Wassertemperatur im Sommer zu einer Proteinunterversorgung der Daphnien führen. Hinsichtlich der Räuber-Beute-Beziehungen zwischen wirbellosen Räubern und Daphnien ergab sich für eine Art (Chaoborus crystallinus) eine relative Unempfindlichkeit gegenüber Temperaturveränderungen, während für eine andere Art (Leptodora kindtii) bei zukünftiger Temperaturerhöhung ein erhöhter Raubdruck auf Daphnien auf Grund der guten Wärmetoleranz des Räubers möglich ist.
Publications
- (2007) Temporal environmental change, clonal physiology and the genetic structure of a Daphnia assemblage (D. galeata– hyalina hybrid species complex). Freshwater Biol. 52, 1537–1554
O. Pinkhaus, S. Schwerin, R. Pirow, B. Zeis, I. Buchen, U. Gigengack, M. Koch, W. Horn and R. J. Paul
- (2010) A major shift in Daphnia genetic structure after the first ice-free winter in a German reservoir Freshwater Biol 55, 2296–2304
B. Zeis, W. Horn, U. Gigengack, M. Koch and R. J. Paul
- (2010) Hemoglobin concentration in Daphnia (D. galeata–hyalina) from the epilimnion is related to the state of nutrition and the degree of protein homeostasis. Limnol. Oceanogr. 55(2), 639–652
S. Schwerin, B. Zeis, W. Horn, H. Horn, and R. J. Paul
- (2012) Seasonal and interannual changes in water temperature affect the genetic structure of a Daphnia assemblage (D. longispina complex) through genotype-specific thermal tolerances. Limnol. Oceanogr. 57(2), 619–633
R. J. Paul, A. Mertenskötter, O. Pinkhaus, R. Pirow, U. Gigengack, I. Buchen, M. Koch, W. Horn, and B. Zeis
(See online at https://doi.org/10.4319/lo.2012.57.2.0619)
