Influence of nutrient supply and foraging behavior and life history of copepods on the dynamics of a widespread pelagic food web module

• Antragsteller: Professor Dr. Wilfried Gabriel, seit 1/2011
• Fachliche Zuordnung: Ökologie und Biodiversität der Tiere und Ökosysteme, Organismische Interaktionen
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2012
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 59962947

• Erstellungsjahr: 2013

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die marine Planktongemeinschaft ist stark größenstrukturiert. Dies beeinflusst die Nahrungsnetzstruktur und den Energiefluss im marinen Nahrungsnetz. Die unterschiedlichen Nahrungsspektren der beiden dominanten Zooplanktongruppen, Ciliaten (Mikrozooplankton) und Copepoden (Mesozooplankton), führen zu getrennten Nahrungsketten: eine über das kleine Nanophytoplankton (PS) und die Ciliaten (C) zu den Copepoden (TC), die andere über das größere Mikrophytoplankton (PL) direkt zu den Copepoden. Das zentrale Nahrungsnetzmodul der marinen Planktongemeinschaft („Pentagon-Modul“) besteht somit aus zwei Nahrungsketten unterschiedlicher Länge, die ihren gemeinsamen Ursprung in einer für beide Phytoplanktongruppen limitierenden Resource (z.B. Stickstoff) haben und über die Copepoden auch an ihrer Spitze rückverbunden sind. Die Struktur des Pentagon-Moduls führt dazu, dass sich zum Beispiel erhöhter Fraßdruck durch Copepoden gegensätzlich auf die beiden Phytoplanktongruppen auswirkt. In diesem Projekt wurde die Dynamik des Pentagon-Moduls in Abhängigkeit von bottomup (Gesamtnährstoffgehalt) und top-down (Copepodenmortalität) Einflüssen theoretisch untersucht. Besonderer Fokus lag auf dem Einfluss unterschiedlicher Nahrungsaufnahmestrategien und des Lebenszyklus der Copepoden auf die Dynamik des Nahrungsnetzes. Darüber hinaus wurde allgemein der Zusammenhang zwischen topologischen Nahrungsnetzeigenschaften, d.h. dem Vorhandensein alternativer Nahrungsketten, und der Dynamik von Nahrungsnetzen in Reaktion auf bottom-up und topdown Einflüsse untersucht. Wichtige Erkenntnisse aus dieser Studie sind, dass die bottom-up und top-down Reaktionsmuster eines Nahrungsnetzes lediglich von zwei, leicht zu bestimmenden, strukturellen Eigenschaften festgelegt sind: i) Länge der beiden Ketten, d.h. ob die Ketten gerader oder ungerader Länge sind und ii) ob die Ketten an ihrer Spitze durch einen gemeinsamen Konsumenten rückverbunden sind oder nicht. Dies ermöglicht eine Klassifizierung von Nahrungsnetzen anhand ihrer Hauptenergiepfade und grundsätzliche Aussagen über zu erwartende Reaktionsmuster von Lebensgemeinschaften. Unterschiedliche Annahmen zum Nahrungswahlverhalten von Copepoden (funktionelle Reaktion Typ II oder III) kommen zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen bezüglich der Stabilität, aber auch der möglichen Reaktionsmuster des Pentagon-Moduls. Die Ergebnisse betonen die Wichtigkeit einer eindeutigen Bestimmung der qualitative Form der funktionellen Reaktion (Typ I, II oder III) und, wo dies nicht möglich ist, die Notwendigkeit alternative Annahmen zur funktionellen Reaktion in theoretische Untersuchungen mit einzubeziehen. Die Studie zur Stadienstruktur der Copepoden zeigte, dass Unterschiede im Nahrungsspektrum zwischen juvenilem und adultem Stadium ein starkes Potential haben die Koexistenz zwischen Beuteorganismen zu fördern. Dabei führen Feedbacks zwischen der Populationsstruktur des Konsumenten und der Gemeinschaft zur Stabilisierung einer Abundanzverteilung, die Koexistenz befördert. Ferner konnte gezeigt werden, dass Vorhersagen klassischer Modelle, die alle Individuen einer Population als identisch annehmen, nur von begrenzter Aussagekraft sind, wenn Unterschiede im Nahrungswahlverhalten zwischen unterschiedlichen Entwicklungsstadien einer Population vorliegen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• Ontogenetic diet shifts promote predator-mediated coexistence. Ecology
  Wollrab, S., De Roos, A.M., Diehl, S.
  
• Simple rules describe bottom-up and top-down control in food webs with alternative energy pathways (January 2012) at the Ecological Colloquium at the Universität zu Köln (Germany)
  Wollrab, S., Diehl, S. and De Roos, A.M.
  
• Theoretical insight into a widespread planktonic food web module. Annual meeting of Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL, German Society for Limnology) 2009, Oldenburg (Germany)
  Wollrab, S., Diehl, S., de Roos, A.M. and Stibor, H.
  
• Carbon and nutrient flow along competing food chains: implications of resource supply, biomass stoichiometry and population size structure. Final LEREC workshop, September 2010, Abisko (Schweden)
  Diehl, S.
  
• Effects of enrichment and stoichiometry on trophic transfer and persistence in coupled food chains. 8th LEREC workshop, March 2010, Överklinten (Schweden)
  Diehl, S. and Wollrab, S.
  
• Energy flow and species persistence in a widespread pelagic food web module. Annual meeting of the Ecological Society of America (ESA) 2010, Pittsburgh (USA)
  Wollrab, S., Diehl, S. and de Roos, A.M.
  
• Energy flow and species persistence in a widespread pelagic food web module, Annual meeting of the American Society for Limnology and Oceanography (ASLO) 2011, San Juan (Puerto Rico)
  Wollrab, S., Diehl, S.
  
• Simple rules describe bottom-up and top-down control in food webs with alternative energy pathways. Annual meeting of the Ecological Society of America (ESA) 2011, Austin (USA)
  Wollrab, S., Diehl, S. and de Roos, A.M.
  
• Top-down und bottom-up Effekte in Nahrungsnetzen mit alternativen Energieflüssen folgen einfachen Regeln. Annual meeting of the Deutsche Gesellschaft für Limnologie (DGL, German Society for Limnology) 2011, Freising
  Wollrab, S., Diehl, S. and de Roos, A.M.
  
• (2012) Simple rules describe bottom-up and topdown control in food webs with alternative energy pathways. Ecology Letters 15:935-946
  Wollrab, S., Diehl, S., De Roos, A.M.
  
• Emergent facilitation between competing prey mediated through a niche shifting top consumer. Annual meeting of the British Ecological Society (BES) 2012, Birmingham (UK)
  Wollrab, S., De Roos, A.M. and Diehl, S.
  
• Emergent facilitation between competing prey mediated through a niche shifting top consumer. Annual meeting of the Ecological Society of Germany, Austria and Switzerland (GfÖ) 2012, Lüneburg (Germany)
  Wollrab, S., De Roos, A.M. and Diehl, S.
  
• To what extent can the connectance structure of a food web determine the network’s response to external drivers such as nutrient enrichment and harvesting. Kickoff meeting Integrated Science Lab (IceLab), February 2012, Umea (Schweden)
  Diehl, S.
  
• 2013. How top consumers structure food webs with multiple pathways of energy flow, Dissertation
  Sabine Wollrab