Forschung
aktuelle Forschungsprojekte:
Merkmalsbezogene Richtung dichteabhängiger Effekte in Süßwasser-Wirt-Endosymbiont-Systemen (TREND)
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) als Teilprojekt der Forschergruppe FOR5726 "DynaSym", Prof. Herwig Stibor; Dr. Maria Stockenreiter; Doktorandin: Katharina Rank
In diesem Projekt wollen wir die Form und Dynamik der Süßwasser-Endosymbiose entlang eines Dichtegradienten innerhalb planktischer Organismen untersuchen. Wir erwarten, dass die Kosten und Nutzen der Endosymbiose und der Beitrag autotropher und heterotropher Ernährung sowohl von der Populationsdichte als auch von dem artspezifischen Merkmal der Beweglichkeit abhängen. Um solche Beziehungen zu untersuchen, ist ein rigider experimenteller Ansatz erforderlich, der Modellarten, die Endosymbionten beherbergen, von sessil bis mobil umfasst und diesen definierten Gradienten der Populationsdichten und Ressourcenversorgung aussetzt. Nach unserem Kenntnisstand wurde dies bisher noch nicht etabliert.
Im Rahmen unseres Projekts werden wir die Populationsdynamik der mobilen Paramecium-Arten, mobilen/sessilen Stentor-Arten und der sessilen Hydra-Arten entlang von Dichtegradienten und unterschiedlicher Ressourcenversorgung verfolgen und folgende projektspezifische Ziele adressieren:
- Untersuchung der verschiedenen dichteabhängigen Dynamiken autotropher und heterotropher Ernährungspfade in sessilen und mobilen Arten, die Endosymbionten beherbergen.
- Analyse der Populationsdynamik von Arten mit Endosymbionten und rein heterotrophen Arten entlang von Dichtegradienten unter vereinfachten Laborbedingungen sowie in komplexeren Systemen.
- Analyse der Populationsdynamik des Endosymbionten in allen untersuchten Arten entlang von Dichtegradienten unter vereinfachten Laborbedingungen und in komplexeren Systemen.
Dies ermöglicht die Überprüfung der folgenden projektspezifischen Hypothesen:
1) Es gibt dichteabhängige Effekte auf autotrophe und heterotrophe Ernährungspfade in Arten, die Endosymbionten beherbergen.
2) Dichteabhängige Effekte werden durch ressourcennutzungsbezogene Merkmale der Arten, die Endosymbionten beherbergen, geprägt.
3) Der Endosymbiont zeigt numerische und physiologische Reaktionen auf zunehmende Dichten in Wirtindividuen. Die Reaktionen hängen von den spezifischen Eigenschaften (Beweglichkeit) des Wirtsorganismus ab.
4) Die Komplexität der Gemeinschaft wird mit dichteabhängigen Effekten interagieren, abhängig von den Ernährungsmerkmalen (Autotroph, Heterotroph) der interagierenden Arten.
Mit unserem vorgeschlagenen Arbeitsprogramm werden wir den Beitrag von photosynthetischer gegenüber heterotropher Ernährung von Prädatoren, die Ernährungspfade kombinieren (PAM-Analysen + stabil Isotopenanalysen), untersuchen. Die Populationsdynamik des Endosymbionten selbst unter verschiedenen Behandlungen wird durch mikroskopische Zellzählung und schnelle Fluoreszenzkinetik-Messungen direkt im Wirt geschätzt. Folglich werden wir in der Lage sein, die Richtung des heterotrophen und autotrophen Beitrags zum gesamten Kohlenstoffhaushalt für beide Arten zu bestimmen und unsere theoretischen Annahmen zu testen. Wir werden kompetitive Wechselwirkungen hinzufügen, indem wir die Komplexität der experimentellen Systeme erhöhen und eng verwandte heterotrophe und autotrophe Arten in unsere Systeme einführen. Wir werden dann die Richtung und Stärke der dichteabhängigen Reaktionen von Wirt und Endosymbiont im komplexeren experimentellen Setup verfolgen. Unsere Modellsysteme ermöglichen es, die zentralen Hypothesen von DynaSym zu testen und damit direkt zu seinem Hauptziel beizutragen, ein prozessbasiertes Verständnis der dichteabhängigen Symbiose zu gewinnen und ein integratives Konzept für die Auswirkungen der Symbiose auf die Populations- und Gemeinschaftsdynamik zu entwickeln. Unser Projekt wird eng mit SP1 und SP4 zusammenarbeiten, um symbiotische Interaktionen in der Ciliaten-Algen-Symbiose zu vergleichen, sowie mit SPZ hinsichtlich Datenanalyse und Synthese. Unsere erwarteten Ergebnisse aus SP5 und SP4 werden sich gegenseitig ergänzen. Die Ergebnisse von SP5 werden zu einem besseren Verständnis beitragen, wie Arten, die Endosymbionten beherbergen, zu Kohlenstoffhaushalten, Massenentwicklungen und Nahrungsqualität beitragen, die die Übertragungseffizienzen in Süßwassersystemen beeinflussen.
Wechselwirkungen zwischen temperaturbedingten Veränderungen des Stoffwechselbedarfs von Zooplankton und Ressourcenqualität, Konsequenzen für die Trophodynamik und die Struktur von Nahrungsnetzen (PlanktoDYN)
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Prof. Herwig Stibor; Dr. Cedric Meunier (AWI); Doktorandin: Jana Hüller
Angesichts der Auswirkungen von Temperatur auf die Stoffwechselraten von Ektothermen wird die globale Erwärmung voraussichtlich die Ernährungsanforderungen planktonischer Konsumenten verändern. Zudem führen Veränderungen der Konzentrationen gelöster Nährstoffe zu einer Modifikation der chemischen Zusammensetzung und damit der Qualität von Ressourcen in natürlichen Systemen. Basierend auf diesen Überlegungen, können gleichzeitige Verschiebungen in der Ressourcenqualität und den Ernährungsbedürfnissen der Konsumenten potenzielle Nährstoffungleichgewichte in planktonischen Nahrungsnetzen schaffen. Solche Ungleichgewichte zwischen den Stoffwechselanforderungen der Konsumenten und der Qualität ihrer Ressourcen können weitreichende Folgen haben, da sie die Interaktionsstärken und die trophische Energieübertragungseffizienz innerhalb der Nahrungsnetze beeinflussen. Trotz jahrelanger Forschung im Bereich der ökologischen Stöchiometrie und eines hohen Bewusstseins für die ökologischen Auswirkungen steigender Temperaturen wissen wir noch sehr wenig über die Wechselwirkungen zwischen stöchiometrischen Ernährungsbedürfnissen und Temperatur. Wir werden dieses Thema durch eine Kombination aus folgenden Ansätzen untersuchen:
1. Modernste Kurzzeit-Mikrokosmenexperimente im Labor, um die Bedingungen zu bewerten, die Nährstoffbegrenzungen in verschiedenen Zooplanktongruppen im Rahmen ihrer Temperaturbereiche fördern können.
2. Mittelfristige Mesokosmenexperimente im Feld, um zu untersuchen, wie Nährstoffungleichgewichte die mechanistischen Beziehungen zwischen trophischen Ebenen in komplexen natürlichen Systemen beeinflussen.
3. Langfristige Evolutionsexperimente, um zu testen, ob die negativen Auswirkungen dieser Ungleichgewichte durch physiologische und evolutionäre Anpassungen kompensiert werden.
Auf diese Weise werden wir die Auswirkungen globaler und regionaler Veränderungen auf mehreren Organisationsebenen bewerten, von Individuen über Populationen bis hin zur Gemeinschaftsebene, und eine ganzheitliche Einschätzung von Bottom-up- und Top-down-Prozessen innerhalb planktonischer Nahrungsnetze ermöglichen.
Phytoplanktonblüten "mögen es bunt" - Der relative Einfluss von biologischer Vielfalt und biotischen Interaktionen auf frühe Stadien von Phytoplanktonblüten (BLIC)
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Prof. Herwig Stibor; Dr. Maria Stockenreiter; Doktorandin: Sophia Kopp
Der globale Verlust von Biodiversität ist auch in aquatischen Ökosystemen sichtbar. Wie sich Biodiversität auf Ökosystemfunktionen auswirkt ist mechanistisch nur teilweise verstanden. Solche Biodiversitäts – Ökosystemfunktions Zusammenhänge sind bereits auf der Ebene der Primärproduzenten dokumentiert, in pelagischen Systemen ist das das Phytoplankton. Phytoplankton ist zu ca. 50% an der globalen Primärproduktion beteiligt , steuert wesentlich Kreisläufe wichtiger Elemente und ist die Basis von wichtigen Ökosystemdienstleistungen wie z.B. der Fischerei. Phytoplankton ist durch eine besondere Dynamik ausgezeichnet, die Möglichkeit schnell große Mengen von Biomasse zu akkumulieren. Diese sogenannten Phytoplanktonblüten können oft regelmäßig auftreten (z.B. im Frühjahr, sogenannte Frühlingsblüten) und wichtige Nahrungsgrundlage für höhere trophische Ebenen darstellen, oder durch externe Auslöser (z.B. externe Nährstoffzufuhr, Eutrophierung) ausgelöst werden. Phytoplanktonblüten werden meist durch eine oder wenige Arten getragen, im Falle toxischer oder schlecht fressbarer Arten können Blüten erhebliche negative Auswirkungen auf den Transfer von Energie und Stoffen in Nahrungsnetzen haben. Eine bisher im Wesentlichen nur theoretisch untersuchte Frage ist, ob die Diversität einer Phytoplanktongemeinschaft Auswirkungen auf die Ausbildung von Phytoplanktonbüten hat. Bei steigender Diversität ist die Wahrscheinlichkeit, dass sich in der Gemeinschaft eine Art befindet die Ressourcen monopolisieren kann und Blüten bildet, höher(Selektionseffekt). Gleichzeitig können mit steigender Diversität die Komplementarität und die Effizienz der Ressourcennutzung steigen, und es wird immer schwieriger Ressourcen zu monopolisieren (Komplementaritätseffekt).
BLIC untersucht diese Fragestellung in einem mechanistischen Up-Scaling Ansatz. In kontrollierten Laborversuchen werden unterschiedlich diverse Gemeinschaften Nährstoffpulsen ausgesetzt und die Stärke der Selektionseffekte und Komplementarität quantifiziert. In einem nächsten Schritt werden diversitätsmanipulierte Freilandgemeinschaften in Nährstoffpulsen ausgesetzt und untersucht inwieweit die Veränderung der Diversität Phytoplanktonblüten wahrscheinlicher macht oder nicht. Final sind Versuche mit natürlichen Phytoplanktongemeinschaften entlang natürlicher Diversitätsgradienten in Mesokosmen geplant. Alle Versuche finden in gleicher Weise mit marinen und limnischen Labor- und Freilandgemeinschaften statt.
Neben experimentellen Ansätzen ist die zweite Säule von BLIC die theoretische Modelanalyse dieser Fragestellungen. Sogenannte „trait“ basierte multi – dimensionale mathematische Modelle werden im Detail die frühen Stadien von Phytoplanktonblüten analysieren. Die Modelle werden wichtige Parametrisierungen von den Experimenten erhalten und gleichzeitig wichtigen Einfluss auf die Durchführung einzelne Experimente haben, die besonders spannende Umweltkombinationen für die Phytoplanktonblütenbildung im Model im Detail untersuchen können.
AQUACOSM-plus: Network of Leading Ecosystem Scale Experimental AQUAtic MesoCOSM Facilities Connecting Rivers, Lakes, Estuaries and Oceans in Europe and beyond
Gefördert durch: European Commission, Directorate-General for Research & Innovation (EU - H2020), Prof. Dr. Herwig Stibor; Dr. Maria Stockenreiter
AQUACOSM-plus advances European mesocosm-based aquatic RI by integrating the leading mesocosm infrastructures into a coherent, interdisciplinary, and interoperable network covering all ecoregions of Europe. AQUACOSM-plus widens the user base by extending TA provision (> 13000 person-days), and strengthening the offered services, with 10 new partners, including an NGO and doubling of SMEs. We initiate actions to increase competence in mesocosm science in new EU member states (Hungary and Romania), and emphasise training of young scientists through summer schools covering various disciplines including effective science communication. AQUACOSM-plus develops near-real-time Open Data flows and improved metadata, thus promoting Open Mesocosm Science in collaboration with leading EU-supported initiatives in the EOSC and fosters wider sharing of information, knowledge, and technologies across fields and between academia, industry, and policy makers/advisers.
AQUACOSM-plus develops new technological capabilities for mesocosm research, to effectively execute scenario-testing for Climate Change -related pressures on aquatic systems from upstream fresh waters to the sea. These developments include mobile large-scale mesocosm approaches, leading-edge imaging technologies, and affordable methods to obtain high- frequency data on community change and greenhouse gas fluxes in mesocosm settings.
AQUACOSM-plus will progress beyond current achievements by actively pursuing RI-RI collaboration with European environmental RIs (LTER, ICOS, DANUBIUS, JERICO) at all project activity levels (NA, JRA, TA). Multidisciplinary joint research, combining observational data and modelling approaches with targeted mesocosm experiments, is a key step towards successfully tackling current and future Grand Challenges. This involves shared capacity building via symposia, expert summits, and open workshops, with the aim of co-designing future aquatic research actions and their RI demands.
Genetische und ökologische Charakterisierung der invasiven Süßwasserqualle Craspedacusta sowerbii
Prof. Dr. H. Stibor; Dr. S. Gießler; Doktorand: Stefan Dehos
Eine Konsequenz der steigenden Mobilität ist die vermehrte Einführung gebietsfremder Arten in neue Ökosysteme. Die Süßwasserqualle Craspedacusta sowerbii ist ein Beispiel für eine heute weltweit verbreitete Art, die ursprünglich nur in China vorkam und seit 1905 auch in deutschen Gewässern zu finden ist. Obwohl dokumentierte Massenvorkommen der Qualle Effekte auf aquatische Nahrungsnetze erwarten lassen, wurden diese noch nicht beschrieben. Dies soll in unserem Projekt mithilfe von Mesokosmen untersucht werden. Zusätzlich wird in Laborversuchen die Konkurrenzfähigkeit von Qualle und Polyp erfasst werden. Zur Untersuchung von Langzeitetablierung und Evolutionsdynamik soll die genetische und sexuelle Diversität mithilfe von molekularen Markern quantifiziert werden. Die erhaltenen Ergebnisse werden zeigen, ob mehrere Invasionen wahrscheinlich und ob verschiedene Genotypen präsent sind. Kombinierte Analysen der genetischen Diversität und der ökologischen Funktion dieser Art erlauben ein besseres Verständnis von kausalen Zusammenhängen innerhalb aquatischer Nahrungsnetze, in denen invasive Arten auftreten.
Das Verhältnis von Stickstoff und Phosphor in bayerischen Seen und dessen Bedeutung für das Wachstum von Renken (NitroFlex II)
LMU: Prof. Dr. H. Stibor; PostDoktorandin: Dr. G. Spörl; Doktorand: P. Galvan
Das Wachstum von Renken ist in bayerischen Seen stark unterschiedlich. Es wird vermutet, daß das Nährstoffvorkommen in den Seen das Wachstum deutlich beeinflusst. Die Phosphor- und Stickstoffkreisläufe in Gewässern sind oft stark anthropogen überprägt. Die eingetragenen Mengen an Phosphor (P) und Stickstoff (N) weichen mittlerweile vom natürlichen Eintragsverhältnis meist deutlich ab. Zusätzlich sind Stickstoffeinträge über die Luft oder durch Grundwasserströme schwer zu steuern. Diese Faktoren können insgesamt zu einem Anstieg der gelösten Stickstoffmengen im Verhältnis zum Phosphor im Wasser führen.
Die Veränderungen in der Nährstoffzusammensetzung wirken sich auf das komplette Nahrungsnetz eines Sees aus. Eine dadurch veränderte Phytoplanktongemeinschaft im Wasser kann beispielsweise die Menge an geeignetem Futter für Zooplankton reduzieren und folglich zu einem geringeren Zooplanktonwachstum führen, welches wiederum als Fischnahrung dient. Das Verhältnis der Nährstoffe im Wasser kann daher auch einen direkten Einfluss auf Fischpopulationen und deren Wachstum haben.
Diese Annahmen wurden bereits mehrfach im Modell und in Laborexperimenten nachgewiesen, Freilanddaten dazu fehlen aber weitgehend.
In diesem Projekt werden deshalb mit Förderung und in Zusammenarbeit mit
dem Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz
dem Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
dem Landesamt für Umwelt (Dr. Schaumburg)
der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Fischerei (Dr. Schubert)
der Fachberatung für Fischerei des Bezirks Oberbayern (Dr. Wunner, Dr. Gum)
und der Fischereigenossenschaft Chiemsee
Untersuchungen in ausgewählten bayerischen Seen unter Einbeziehung von Fischen durchgeführt. Mit Hilfe vergleichender Analysen zwischen den Seen sollen die Zusammenhänge von N:P über die unterschiedlichen Nahrungsnetzebenen auf das Fischwachstum genauer charakterisiert werden.
Auswirkungen des Silikateintrags auf die Makrophayten- und Planktongemeinschaft in einem eutrophen See (MesoSiP):
Prof. Herwig Stibor; Dr. Maria Stockenreiter; Doktorandin: Nigar Talibova
Unterstützt durch die Gemeinde Riedering
Süßwasserökosysteme sind zunehmend durch menschliche Aktivitäten wie die Ausdehnung von Agrarlandschaften und den Klimawandel bedroht. Infolgedessen nimmt die biologische Vielfalt von Süßwasser kontinuierlich ab, was sich negativ auf das Funktionieren der Ökosysteme auswirken kann.
Viele Versuche diesen Trend aufzuhalten werden unternommen.
Ein Ansatz besteht heute darin, spezifische Nährstoffe ins Visier zu nehmen. So wurde beispielsweise vor kurzem Silikat (in diesem Zusammenhang als Pulver zugesetzt) in Seen mit zu starkem Makrophytenwachstum eingebracht, um deren Wachstum zu verringern. Der Hauptgrund für das verringerte Wachstum ist diesen Studien zufolge eine verstärkte Mineralisierung des Sediments. In früheren Studien, die auch im Rahmen des transnationalen Zugangs AQUACOSMplus am Seeon Limnological durchgeführt wurden, wurde die Frage nach der Auswirkung der Zugabe von Silikatpulver auf die Planktongemeinschaft experimentell untersucht, da dieser Aspekt in anderen Studien nicht oder kaum untersucht worden war. In vielen Seen und Teichen ist Silizium oft eine limitierende Ressource, insbesondere wenn sie nur durch Regenwasser gespeist werden. Für Kieselalgen ist Silizium jedoch eine wichtige Ressource und kann ihr Wachstum unterstützen.
Makrophyten sind wichtige Konkurrenten der planktischen Algen um Nährstoffe. Die viel größere Oberfläche von Makrophyten ermöglicht eine effizientere Aufnahme; im Gegensatz zu den meisten Phytoplanktonarten können sie diese Nährstoffe außerdem speichern. So können Makrophyten das Phytoplankton verdrängen. Wird das Wachstum der Makrophyten reduziert, kann das Phytoplankton wieder wachsen, was insbesondere in eutrophierten Seen in den heißen Sommermonaten zu einer unerwünschten Blüte von Cyanobakterien führen kann. Diese wiederum können aufgrund ihrer potenziellen Toxizität und schlechten Nahrungsqualität enorme Probleme im Nahrungsnetz verursachen. Unter idealen Bedingungen können Kieselalgen jedoch gute Konkurrenten für Cyanobakterien sein. Sie sind von hoher Nahrungsqualität und können daher für das Nahrungsnetz in einem See von Vorteil sein. Ein Zusatz von Silikat kann daher das Wachstum von Kieselalgen fördern und im besten Fall eine Cyanobakterienblüte verhindern.
Obwohl Cyanobakterienblüten schon seit langem beobachtet werden, treten sie in letzter Zeit immer häufiger auf. Diese Blüten haben negative Auswirkungen auf die Nutzung der Süßwasserkörper. Die Naherholung wird stark beeinträchtigt, da Schwimmer die Blüten als unangenehm empfinden und sie zu gesundheitlichen Problemen wie Hautreizungen führen können. Noch wichtiger ist jedoch, dass diese Blüten langanhaltende Veränderungen im gesamten Nahrungsnetz des Sees verursachen können. Sie verringern die Nahrungsqualität der Phytoplanktongemeinschaft für Wirbellose und Fische. Die Eutrophierung (Eintrag von Stickstoff (N) und Phosphor (P)) ist ein wichtiger Aspekt, der das Wachstum von Cyanobakterien fördert. Die Reaktion der Phytoplanktongemeinschaften auf die Nährstoffzufuhr in Form von N und P wird jedoch auch durch die absolute Verfügbarkeit von Kieselsäure bestimmt. Wenn das Wasser reich an Kieselsäure (Si) ist, fördert die N- und P-Belastung die Si-fordernden Kieselalgen, und das Risiko einer Cyanobakterienblüte kann sicherlich begrenzt werden, solange gelöste Kieselsäure verfügbar ist. In Systemen, in denen Si und P knapp sind und N durch die intensive landwirtschaftliche Nutzung eingebracht wird, sagt das Verhältnis Si:P das mögliche Massenauftreten von Cyanobakterien voraus. Ein relativ neuer Versuch, die Häufigkeit von Cyanobakterien zu verringern, besteht daher darin, Si in die betroffenen Seen einzubringen.
Ein solcher Ansatz wird für einen der Seen in der Nähe der SLS verfolgt. Dies bietet die Möglichkeit, ein Experiment an einem ganzen See durchzuführen. Die Kombination mit einem Versuch in einem Mesokosmos eröffnet jedoch die Möglichkeit, die Auswirkungen der Rolle von Si für die Cyanobakterienblüte in Süßgewässern mechanistisch zu verstehen. Daher werde ich an einem Mesokosmen-Experiment an der SLS teilnehmen, bei dem der Einfluss einer Zugabe von gelöstem Siliziumdioxid auf das Nahrungsnetz eines flachen Sees untersucht werden soll. Zu diesem Zweck wird eine Reihe von Mesokosmen vor der Düngung des gesamten Sees installiert. Die Mesokosmen werden die gesamte Wassersäule einschließlich des Sediments einschließen. Die Behandlungen umfassen Kontroll-Mesokosmen ohne Nährstoffzugabe und Behandlungen, die mit verschiedenen Si:P-Verhältnissen in Kombination mit und ohne Mesozooplankton faktoriell angereichert werden. . Um die Rolle von Makrophyten für das Wachstum von Cyanobakterien in flachen Seen zu untersuchen, wird eine zweite Reihe von Mesokosmen mit zusätzlichen Si-Anreicherungsbehandlungen und Kontrollen mit und ohne Makrophyten eingerichtet.
abgeschlossene Forschungsprojekte:
Flexibility matters: Interplay between trait diversity and ecological dynamics using aquatic communities as model systems (DynaTrait)
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Dr. M. Stockenreiter; Prof. Dr. H. Stibor; PD Dr. P. Fink (Universität Köln); Doktorandin: S. Hammerstein
In diesem Projekt beschäftigen wir uns mit den möglichen Auswirkungen eines Rückgangs der Diversität und dem damit verbundenen Verlust an bestimmten wichtigen funktionellen Eigenschaften von Phytoplanktongemeinschaften. Um mögliche Auswirkungen dieser Verluste auf Ökosystemfunktionen zu ermitteln werden in diesem Projekt folgende Fragestellungen untersucht: (1) Wie wirkt sich der Verlust von Arten und damit wichtiger funktioneller Eigenschaften auf die Phytoplanktonproduktion, die Zusammensetzung des Zooplanktons und auf die Transfereffizienz im pelagischen Nahrungsnetz aus? (2) Können außerdem diese Dynamiken des Verlusts wichtiger funktioneller Eigenschaften eine Rückkopplung auf die Zusammensetzung von Phytoplanktongemeinschaften selbst haben? Um diese Fragen beantworten zu können, werden natürliche Phytoplanktongemeinschaften in großen Feldversuchen sowie im Labor experimentell in ihrer Diversität manipuliert.
Auswirkung und Dynamik von Stickstoffzufuhr in Seeökosystemen (MesoNitro)
Gefördert durch Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG), Dr. G. Trommer, Doktorandin: M. Poxleitner
Anthropogen erhöhter Sticktstoffeintrag in Gewässer spielt eine wesentliche Rolle bei Veränderungen von Gewässerökosystemen und wird voraussichtlich künftig noch weiter ansteigen, da die stetig anwachsende Nachfrage von Nahrungsmitteln hohe Mengen an stickstoffreichen Düngemitteln für deren Produktion erfordert. Diese Studie untersucht den Einfluss erhöhter Stickstoffbelastung auf Planktongemeinschaften in limnologisch bereits gut untersuchten Seen in Oberbayern (Brunnsee, Klostersee and Thalersee nahe der Limnologischen Forschungsstation in Seeon) und ermittelt Veränderungen des Stickstoffeintrags in der Vergangenheit. Zur Abschätzung des heutigen Stickstoffflusses von Atmosphäre bis Seesediment werden Stickstoffgehalte in Niederschlag, Seepelagial und Seesedimenten gemessen. Durch die Analyse von stabilen Stickstoffisotopen in Sedimentkernen können Veränderungen des Stickstoffhaushalts der vergangenen ~ 150 Jahre aufgedeckt werden. Zusammen mit experimentellen Ansätzen werden mögliche Konsequenzen des Stickstoffeintrags quantifiziert. In Mesokosmen - Experimenten auf den Seen wird der Einfluss von Stickstoff auf die chemische Biomassezusammensetzung (Stöchiometrie) und Biodiversität natürlicher Phytoplanktongemeinschaften, sowie deren Interaktionen mit Zooplankton in mehreren Seen untersucht.
Genetische und ökologische Charakterisierung der invasiven Süßwasserqualle Craspedacusta sowerbii
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Prof. Dr. H. Stibor; Dr. S. Gießler; Doktorandin: K. Schachtl; Yuanyuan Wang
Eine Konsequenz der steigenden Mobilität ist die vermehrte Einführung gebietsfremder Arten in neue Ökosysteme. Die Süßwasserqualle Craspedacusta sowerbii ist ein Beispiel für eine heute weltweit verbreitete Art, die ursprünglich nur in China vorkam und seit 1905 auch in deutschen Gewässern zu finden ist. Obwohl dokumentierte Massenvorkommen der Qualle Effekte auf aquatische Nahrungsnetze erwarten lassen, wurden diese noch nicht beschrieben. Dies soll in unserem Projekt mithilfe von Mesokosmen untersucht werden. Zusätzlich wird in Laborversuchen die Konkurrenzfähigkeit von Qualle und Polyp erfasst werden. Zur Untersuchung von Langzeitetablierung und Evolutionsdynamik soll die genetische und sexuelle Diversität mithilfe von molekularen Markern quantifiziert werden. Die erhaltenen Ergebnisse werden zeigen, ob mehrere Invasionen wahrscheinlich und ob verschiedene Genotypen präsent sind. Kombinierte Analysen der genetischen Diversität und der ökologischen Funktion dieser Art erlauben ein besseres Verständnis von kausalen Zusammenhängen innerhalb aquatischer Nahrungsnetze, in denen invasive Arten auftreten.
Das Verhältnis von Stickstoff und Phosphor in bayerischen Seen und dessen Bedeutung für das Wachstum von Renken (NitroFlex)
LMU: Prof. Dr. H. Stibor, Dr. G. Spörl; Doktorand: P. Lorenz
Das Wachstum von Renken ist in bayerischen Seen stark unterschiedlich. Es wird vermutet, daß das Nährstoffvorkommen in den Seen das Wachstum deutlich beeinflusst. Die Phosphor- und Stickstoffkreisläufe in Gewässern sind oft stark anthropogen überprägt. Die eingetragenen Mengen an Phosphor (P) und Stickstoff (N) weichen mittlerweile vom natürlichen Eintragsverhältnis meist deutlich ab. Zusätzlich sind Stickstoffeinträge über die Luft oder durch Grundwasserströme schwer zu steuern. Diese Faktoren können insgesamt zu einem Anstieg der gelösten Stickstoffmengen im Verhältnis zum Phosphor im Wasser führen.
Die Veränderungen in der Nährstoffzusammensetzung wirken sich auf das komplette Nahrungsnetz eines Sees aus. Eine dadurch veränderte Phytoplanktongemeinschaft im Wasser kann beispielsweise die Menge an geeignetem Futter für Zooplankton reduzieren und folglich zu einem geringeren Zooplanktonwachstum führen, welches wiederum als Fischnahrung dient. Das Verhältnis der Nährstoffe im Wasser kann daher auch einen direkten Einfluss auf Fischpopulationen und deren Wachstum haben.
Diese Annahmen wurden bereits mehrfach im Modell und in Laborexperimenten nachgewiesen, Freilanddaten dazu fehlen aber weitgehend.
In diesem Projekt werden deshalb mit Förderung und in Zusammenarbeit mit
dem Bayerischen Staatsministerium für Umwelt und Verbraucherschutz
dem Bayerisches Staatsministerium für Ernährung, Landwirtschaft und Forsten
dem Landesamt für Umwelt (Dr. Schaumburg)
der Bayerischen Landesanstalt für Landwirtschaft, Institut für Fischerei (Dr. Schubert)
der Fachberatung für Fischerei des Bezirks Oberbayern (Dr. Wunner, Dr. Gum)
und der Fischereigenossenschaft Chiemsee
Untersuchungen in ausgewählten bayerischen Seen unter Einbeziehung von Fischen durchgeführt. Mit Hilfe vergleichender Analysen zwischen den Seen sollen die Zusammenhänge von N:P über die unterschiedlichen Nahrungsnetzebenen auf das Fischwachstum genauer charakterisiert werden.
Merkmalsabhängige Rückkopplungsdynamiken in natürlichen Planktongemeinschaften
Gefördert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG), Dr. M. Stockenreiter; Prof. Dr. H. Stibor; PD Dr. P. Fink (Universität Köln); Doktorandin: L. Benitez-Requena
Der Verlust von Biodiversität führt oft zu einem gleichzeitigen Verlust organismenspezifischer Eigenschaften (Traits), die relevant für Ressourcennutzung und Wachstum, und damit für Nahrungsnetzdynamiken und die trophische Transfereffizienz in Nahrungsketten sind. Im Projekt DYNATLOSS II untersuchen wir spezifisch Rückkopplungsmechanismen infolge eines Verlustes von Phytoplankton-Traitdiversität. Durch einen Verlust an „Phytoplanktontraits“ können sich Zooplanktongemeinschaften verändern, was wiederum zu Rückkopplungseffekten in Populationsdynamiken des Phytoplanktons führen kann.
Wir adressieren diese allgemeine Fragestellung mit Hilfe von Freilandexperimenten mit natürlichen Planktongemeinschaften, um die Richtung und Stärke der Rückkopplungsmechanismen abzuschätzen. Zusätzlich analysieren wir individuelle Komponenten der komplexen und multifaktoriellen Rückkopplungsmechanismen mit Hilfe kontrollierter Laborexperimente. Unser Arbeitsprogramm fokussiert sich auf die folgende Kernfrage: Kann ein infolge veränderter Phytoplanktondiversität geänderter Fraßdruck des Zooplanktons zu multiplen (und teilweise voneinander abhängigen) Rückkopplungsmechanismen führen? Wir adressieren diese Frage mit einer Reihe von testbaren Einzelhypothesen. Freilandexperimente erlauben es, die Rückkopplung in ihrer Gesamtheit unter natürlichen Bedingungen zu analysieren. Um einzelne Rückkopplungsmechanismen (wie z.B. fraßabhängige Verschiebungen der Größenverteilung der Phytoplanktongemeinschaft und Nährstoffregeneration) unabhängig voneinander untersuchen zu können, führen wir zudem kontrollierte Laborexperimente durch.
Die hier untersuchten Rückkopplungsmechanismen beeinflussen vermutlich auch herbivore Zooplanktongemeinschaften. Sie könnten so kurzfristige phytoplanktonabhängige Verschiebungen in der Zooplanktongemeinschaft wieder kompensieren. Zusätzlich zu den experimentellen Ansätzen im Labor und Freiland werden wir die vorgeschlagenen Rückkopplungsmechanismen mit Hilfe etablierter mathematischer Modelle zur Nährstoffdynamik in Phytoplankton-Zooplankton-Systemen weiter analysieren.
Regime shifts in freshwater ecosystems exposed to multiple stressors by increasing temperature, fertilizers and pesticides (CLIMSHIFT)
Gefördert von der die Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)
Prof. Dr. H. Stibor; Dr. M. Stockenreiter; PhD Student: Nora Kipferler
In Kooperation mit LIEC (Metz, FR), EcoLab (Toulouse, FR), IGB (Berlin, DE) and UFZ (Leipzig, DE)
Stehende oder langsam fließende Gewässer mit geringer Wassertiefe erfüllen wichtige Ökosystemfunktionen, werden aber von vielfältigen anthropogenen Einflüssen bedroht. Durch komplexe Interaktionen zwischen pelagischen und benthischen Organismen und Prozessen gibt es für solche Systeme zwei alternative stabile Zustände, die vor allem durch eine Dominanz von entweder Makrophyten oder Phytoplankton gekennzeichnet sind. Störungen können zu einem Wechsel von Makrophytendominanz zu Phytoplanktondominanz führen, wodurch bestimmte Ökosystemfunktionen verändert werden können. Solche Störungen sind beispielsweise steigende Temperaturen im Zuge des Klimawandels, aber auch Düngemittel und Giftstoffe landwirtschaftlichen Ursprungs. Ziel des Kooperationsprojekts CLIMSHIFT ist eine Untersuchung der Auswirkungen dieser kombinierten Stressoren auf flache Gewässer. Im Rahmen von durch simulierte Modelle unterstützte Mikro- und Mesokosmenversuche soll auch die Frage beantwortet werden, ob die Effekte von steigenden Temperaturen, erhöhten Nährstoffkonzentrationen und Giftstoffen sich additiv, synergistisch oder antagonistisch verhalten. Als Modellsystem dient eine Kombination aus verschiedenen pelagischen und benthischen Primärproduzenten und Herbivoren.