The role of the microbial loop in benthic communities - combining food web theory and ecological stoichiometry
Final Report Abstract
Periphyton ist eine Gemeinschaft aus Algen und heterotrophen Organismen, die auf allen Substraten in aquatischen Ökosystemen wächst und eine wichtige Rolle an der Basis benthischer Nahrungsnetze nimmt. Während die Rolle mikrobieller Nahrungsnetze im Freiwasser (Pelagial) große Aufmerksamkeit erhalten hat, ist die Rolle bodenlebender (benthischer) Mikroben und ihrer heterotrophen Konsumenten relativ wenig untersucht worden. Besonders ist unklar, inwieweit diese heterotrophen Komponenten zur Funktion des Periphytons, speziell des Nährsalzhaushalts, beitragen und ob die funktionelle Struktur des mikrobiellen Nahrungsnetzes die Reaktion auf veränderte Ressourcenverfügbarkeit vorherbestimmt. Diese Fragen haben wir anhand einer Serie von Experimenten getestet, die die trophische Struktur des Periphytons (d.h. die Anzahl der vorhandenen Gruppen) schrittweise erhöhte und jeweils die Verfügbarkeit der Ressourcen Phosphor (P), gelöster organischer Kohlenstoff (DOC) und Licht sowie die Anwesenheit des Top- Konsumenten manipulierte. Diese systematische Herangehensweise erlaubte uns, die Funktionsweise des mikrobiellen Nahrungsnetzes anhand dieser artifiziellen Gemeinschaften zu überprüfen. Wir fanden, dass eine erhöhte trophische Komplexität des Periphytons zu einer erhöhten Retention des P innerhalb der Gemeinschaft führte. Zugleich fanden wir eine Schlüsselfunktion heterotropher Konsumenten innerhalb des Nahrungsnetzes, deren Anwesenheit die Reaktion der autotrophen Komponenten (Algen) begünstigte. Makrokonsumenten, die durch ihre Größe nicht Teile sondern das ganze Periphyton ingestieren können, haben jedoch deutlich andere Effekte auf die Struktur des Periphyton als die Meiofauna. Unter Grazing von Schnecken werden vor allem Algen negativ beeinflusst, Bakterien und ihre Konsumenten reagieren jedoch positiv bezüglich ihrer Biomasseentwicklung. Dies führt dazu, dass die Periphytongemeinschaft unter Makrograzereinfluss zu größeren Anteilen aus heterotrophen Organismen besteht. Unsere Ergebnisse zeigen außerdem, dass eine diversere Gemeinschaft von Makrokonsumenten einen deutlichen Effekt auf den Nährstoffgehalt des Periphytons hat. Hierbei ist die Stärke des Effekts vom Nährstoffgehalt der Makrokonsumenten abhängig, aber lässt sich nicht aus den Effekten der beteiligten Arten vorhersagen. Um die Generalität der stöchiometrischen Effekte bei benthischen Konsumenten zu testen, wurde eine Meta-Analyse der vorhandenen Experimente durchgeführt. Diese Analyse zeigte, dass Grazing den Nährstoffgehalt der Periphytongemeinschaft erhöhen. Diese Effekte wurden stärker, je nährstoffhaltiger die Grazer waren. Dieser Zusammenhang lässt den Schluss zu, dass geringe Nährstoffgehalte der Metazoen nicht unbedingt ein Maß für einen generell geringen Nährstoffbedarf sind. Eher spricht dieser für eine Limitation.
Publications
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Hillebrand H, Frost P & Liess A. Ecological stoichiometry of herbivore-plant interactions - a metaanalysis on grazer-periphyton experiments. Oecologia 155:619-630.
