Hydrodynamik verschiedener induzierbarer morphologischer Verteidigungen des Modellorganinismus Daphnia: Effekte, Kosten und Vorteile

• Antragsteller: Dr. Martin Horstmann
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen ; Systematik und Morphologie der Tiere
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 545843880

Prädation ist ein wichtiger Selektionsfaktor. Um diesem entgegenzuwirken haben viele Organismen induzierbare Verteidigungen entwickelt, welche zur phänotypischen Plastizität gerechnet werden. Besonders bekannt ist diese Fähigkeit bei der Gattung Daphnia, einem Süßwasserkrebs, der in Anwesenheit von Räubern verschiedene Morphologie-, Verhaltens- und Lebenszyklusparameter-Anpassungen ausprägt. Die Grundlage für die Induzierbarkeit, die eine Fixierung der Verteidigungen als permanente Anpassung verhindert, sind Kosten. Induzierbare Verteidigungen werden ausgeprägt, wenn sie erforderlich sind, und eingespart, wenn der Räuber nicht präsent ist. Die Bestimmung der Kosten induzierbarer Verteidigungen ist allerdings schwierig. Während Kosten für morphologische Verteidigungen zumindest annähernd auf der Grundlage von erhöhter Körperoberfläche abgeschätzt werden können, ist die Bestimmung der Kosten für die Nutzung veränderter Verhaltensmuster komplex. Zusätzlich sind die Effekte der veränderten Morphologie auf den Wasserwiderstand bisher kaum untersucht. Da morphologische Verteidigungen oft verlängerte Körperanhänge oder Helme umfassen, erhöhen sie die Fortbewegungskosten potentiell erheblich. Mit diesem Antrag sollen Simulationen der Fortbewegung von Daphnien verschiedener Arten und Alter durchgeführt werden, die dann eine Abschätzung der operativen Kosten von induzierbaren Verteidigungen über die Lebensspanne ermöglichen. Dafür werden die Formen von verteidigten und unverteidigten Tieren verschiedenen Alters dreidimensional bestimmt. Mit Hilfe eines Trackingsystems werden außerdem die dreidimensionalen Bewegungsmuster aufgezeichnet, welche eine Bestimmung der Schwimmgeschwindigkeit zulassen. Außerdem werden mögliche Effekte untersucht, die die Position der Tiere verschleiern. Diese basieren auf einer Veränderung der Turbulenz durch eine angepasste Körperform sowie einer Veränderung der Antennen beziehungsweise deren Schlagfrequenz. Abschließend wird auch der Effekt von Viskositätsänderungen des Wassers mit der Temperatur, sowie die Wirkungsweise der Verteidigungen gegen das Einsaugen durch entsprechende Räuber, mitunter sogar fleischfressende Pflanzen, untersucht. Auf Grundlage der Ergebnisse dieses Antrages ist ein besseres Verständnis der Trade-offs bezüglich der Kosten induzierbarer Verteidigungen zu erwarten. Außerdem werden die Mechanismen des Schutzeffektes von Veränderungen der Morphologie und des Verhaltens speziell bezüglich Verschleierungseffekten, die die (tatsächliche) Position maskieren, besser verständlich. Neben der Aufklärung dieser hydrodynamischen Wirkungsweise ist eine Aufklärung der Funktion weiterer Verteidigungen aufgrund des Umfanges allerdings nicht vorgesehen. Auch weil Daphnien als Modellorganismus gelten, werden die Erkenntnisse zu den Kosten der Nutzung induzierbarer Verteidigungen einen vertieften Blick auf deren ökologische und evolutionäre Rahmenbedingungen auch über diese Gattung hinaus ermöglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen