Aussagekraft und Grenzen der verwendeten Methode

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Q razar-Art

Abb. 42: Täglicher Wegfraß an Phaeocystis-Zellen durch 5 verschiedene Copepodenarten. Versuchsbedingungen siehe Tabelle 12.

2 . 3_____Di s k u s s i o n

2.3.1 A u s s a g e k r a f t und Gre n z e n der v e r w e n d e t e n M e t h o d e

In d e r Art und Weise, G r a z i n g - U n t e r s u c h u n g e n d u r c h z u f ü h r e n , sind zwei E xtreme denkbar: zum einen d irekte M e s s u n g e n an Z o o p l a n k t o n -O r g a n i s m e n in-s i t u . wie z. B. die D a r m f l u o r e s z e n z - M e t h o d e , zum a n d e r e n L a b o r e x p e r i m e n t e mit M o n o k u l t u r e n u n t e r k o n t r o l l i e r t e n Bedingungen. Die erste Methode erlaubt es, bei m i n i m a l e r B e e i n ­ flussung nat ü r l i c h e Vorgänge direkt zu messen. A u f g r u n d der Viel z a h l und V a r i a b i l i t ä t G r a z i n g - r e l e v a n t e r Variablen, wie z.B.

Temperatur, Licht, Qualität und Z u s a m m e n s e t z u n g des F u t t e r s sowie Z u s t a n d der Grazer, ist es jedoch sehr schwierig, kau s a l e Z u s a m m e n h ä n g e fe s t z u s t e l l e n und M e s s u n g e n zu r e p r o d uzieren. D i ese N a c h t e i l e e r g e b e n sich bei der zweiten Me t h o d e in sehr viel g e r i n g e r e m Maße, welche darum geeignet ist, g e nau d e f i n i e r t e A r b e i t s h y p o t h e s e n zu prüfen. Im Labor ist es möglich, die W i r k u n g e i n z e l n e r V a r i a b l e n auf das Ergebnis v e r g l e i c h b a r und r e p r o d u ­ zi e r b a r zu testen, doch erhebt sich die Frage, ob die u n t e r den in der Regel sehr a r t i f i z i e l l e n B e d i n g u n g e n e r h a l t e n e n E r g e b n i s s e ohne w e i t e r e s auf Vorg ä n g e in der Natur ü b e r t r a g b a r sind. In d i e s e r A rbeit wurde d u rch K o m b i n a t i o n und V e r w e n d u n g

v e r s c h i e d e n e r M e t h o d e n versucht, die Vorteile b e i d e r m e t hodischer Wege für die G r a z m g - F r a g e zu nutzen und d u r c h d e n V e r g l e i c h der Ergebnisse, e i n e n Einb l i c k in die Vorgänge d e r N a t u r zu erhalten.

Bei d e n 1988 d u r c h g e f ü h r t e n Experimenten s t a n d d e r Aspekt im Vordergrund, m ö g l i c h s t in-situ nahe B e d i n g u n g e n zu simulieren.

Die V e r s u c h s b e d i n g u n g e n wurden der aktuellen F e l d s i t u a t i o n a n g e ­ paßt u n d das aus dem Feld stammende Z o o p l a n k t o n nicht an ein b estimmtes F utter adaptiert, um möglichst u n b e e i n f l u ß t die p o t e n ­ tiellen P h a e o c y s t i s -Grazer herauszufinden. D u r c h d i e s e n V e r s u c h s ­ aufbau s o wie infolge der Unkenntnis von G e s c h l e c h t , E n t w i c k l u n g s ­ stadium u n d V o r g e s c h i c h t e der Zooplankter ist die V e r g l e i c h ­ barkeit d e r e r m i t t e l t e n Grazing-Aktivität b e g r enzt. Die Versuche zeigten jedoch, daß und welche Arten P h a e o c y s t i s fressen, und geben ein e V o r s t e l l u n g von der Größenordnung d e r Freßraten, auch im V e r g l e i c h zu F r e ß raten an anderen Algen. A u f f ä l l i g sind die U n t e r s c h i e d e in der Freßaktivität von v e r s c h i e d e n e n Arten v e r g l e i c h b a r e r G röße bezüglich P h a e o c y s t i s . Die Zooplankter wurden mit a l l e r Vors i c h t und in gleicher W e i s e behandelt, zum Teil a u c h in d e m s e l b e n Experiment unter g l e i c h e n Bedingungen getestet. D e n n o c h ist es denkbar, daß eine v e r s c h i e d e n e E m p f i n d ­ lichkeit d e r A r t e n bezüglich des "handling" besteht, welche Einfluß auf die Freßaktivität hat. Der e x p e r i m e n t e l l e Befund, daß eine A r t keine P h a e o c y s t i s gefressen hat, ka n n d a r u m nicht mit Sicherheit auf die F e ldsituation übertragen werden. Das gilt besonders für e i nige M e r o p l a n k t o n a r t e n , mit d e n e n nur wenige Versuche d u r c h g e f ü h r t wurden.

Mit den so e r m i t t e l t e n potentiellen G r a z e r - A r t e n wurden 1989 Expe r i m e n t e u n t e r definierten B e d i n g u n g e n durchgeführt.

Ü b e r r a s c h e n d e r w e i s e war das Grazing an der P h a e o c y s t i s - M o n o k u l t u r viel g e r i n g e r als an der Kultur gleicher A b s t a m m u n g im v o r a n ­ ge g a n g e n e n Jahr. Bei einer Versuchsdauer von 48 St u n d e n scheint es u n w a h r s c h e i n l i c h , daß der starke Unte r s c h i e d a llein durch die 2 l / 2 s t ü n d i g e A n f ü t t e r u n g zu erklären ist. A u c h w urde die M i s c h ­ k ultur (1989 B) u n ter sonst gleichen V e r s u c h s b e d i n g u n g e n deutl i c h b e s s e r g e f r e s s e n . Q u a l i t ä t u n d Z u s a m m e n s e t z u n g d es Futters hat te also e i n e n e n t s c h e i d e n d e n Einfluß auf die F r e ß a k tivität. Die V e r s u c h s e r g e b n i s s e legen nahe, daß die i. Feld v e r k o m m e n d e

Pha.eocystis, w e l c h e m e i s t e i n e n h o h e n K o l o n i e a n t e i l b e s i t z t u n d dor t mit a n d e r e n A l g e n - A r t e n v e r g e s e l l s c h a f t e t vorkommt, s t ä r k e r g e f r e s s e n w i r d als in d e n E x p e r i m e n t e n mit d e r M o n o k u l t u r (auch 1988), die ü b e r w i e g e n d aus P h a e o c y s t i s - E i n z e l z e l l e n bestand.

Der m e h r f a c h b e o b a c h t e t e Z u s a m m e n h a n g z w i s c h e n e r n i e d r i g t e r F r eß- a k t i v i t ä t u n d h ö h e r e r G r a z e r - D i c h t e wirft die F r a g e auf, um w i e v i e l h ö h e r die e r m i t t e l t e n R a t e n bei n a t ü r l i c h e n G r a z e r -D i c h t e n wären, w e l c h e in den m e i s t e n Fällen etw a eine G r ö ß e n ­ o r d n u n g u n t e r d e n in d e n E x p e r i m e n t e n v e r w e n d e t e n D i c h t e n liegen.

Die zur E r r e c h n u n g der F i l t r a t i o n s - und I n g e s t i o n s r a t e n b e n u t z t e n F o r m e l n v o n F r ost (1972) g e hen von e iner g l e i c h e n B r u t t o ­ W a c h s t u m s r a t e d e r A l g e n in den Kontroll- und in d e n G r a z i n g - A n s ä t z e n aus. C h l o r o p h y l l - a - M e s s u n g e n und Z e l l z ä h l u n g e n e r g a b e n j e d o c h in m e h r e r e n F ällen h öhere Phaeocystis-Konzentra.tionen in d e n G r a z i n g - A n s ä t z e n als in den Kontrollen. Diese K o n z e n t r a t i o n s ­ e r h ö h u n g w i r d als S t i m u l a t i o n des A l g e n w a c h s t u m s d u r c h die A n w e s e n h e i t der Z o o p l a n k t e r interpr e t i e r t und w ü r d e bei e i n e r V e r a l l g e m e i n e r u n g auf alle Versu c h e eine g e n e relle U n t e r s c h ä t z u n g a l l e r F r e ß r a t e n bedeuten. Expe r i m e n t e zur Klärung, ob u n d in w e l c h e m Maße d ieser Effekt von der A m m o n i u m - E x k r e t i o n der Z o o p l a n k t e r abhängt, erg a b e n kein e i n d e u t i g e s Ergebnis. In b e i d e n V e r s u c h e n e r gab sich bei einer L i c h t i n t e n s i t ä t v o n 100 yE m " 2 s " 1 und der V e r w e n d u n g von f/ 8 - M e d i u m (220 jiM Nitrat, 9 pM P h o s p h a t ) ein P h a e o c y s t i s -Zuwachs von et w a 3 pg Chl-a/1. Legt m a n ein C h l - a / C - V e r h ä l t n i s von 29 für E i n z e l z e l l e n bzw. 55 für K o l o n i e n

(Lancelot et a l . 1991) und ein atomares V e r h ä l t n i s d e r E l e m e n t e C : N : P von 106:16:1 (Redfield et a l . 1963) zugrunde, so e r g i b t sich eine A s s i m i l a t i o n von ca. 7 pM C , 1 pM N und 0.1 iiM P. Es kann d a r u m a n g e n o m m e n werden, daß das A l g e n w a c h s t u m w ä h r e n d d i e s e r E x p e r i m e n t e nicht durch die M e nge des v e r f ü g b a r e n S t i c k ­ stoffs ode r P h o s p h a t s limitiert war. Dass e l b e gilt für K o h l e n ­ dioxyd, w e i c h e s im S e e w a s s e r r e i c h l i c h v o r h a n d e n ist (~2 m M ).

Es wird v i e l m e h r angenommen, daß die A l g e n l i c h t l i m i t i e r t wuchsen. Die A l g e n z e l l e n b e n ö t i g e n bei der N u t z u n g v o n N i t r a t als S t i c k s t o f f q u e l l e m e h r Energie (Nitrat-, N i t r i t r e d u k t i o n ) als bei d er N u t z u n g v o n A m m o n i u m (Atlas & B a r t h a 1987). D a r u m ist es

denkbar, daß zus ä t z l i c h vorhandenes Ammonium einen positiven Effekt auf das P h a e o c y s t i s -Wachstum hatte. M öglicherweise übt auch die d u r c h die Schwimmbewegungen der Zooplankter verursachte Turbulenz od e r die Aussch e i d u n g anderer Produkte einen w a c h s t u m s ­ fordernden E i n f l u ß aus. Denkbar wäre, daß A u s s c h e i d u n g e n der Zo o plankter zu erhöh t e n Konzentrationen von gelöstem oder p a r t i k u l ä r e m o r g a n i s c h e n Kohlenstoff führen, welche P h a e o c y s t i s in der Lage ist zu nutzen. So ist für eine Anzahl von Phyto- flagellaten bekannt, daß diese sich auch osmotroph (Antia et a l . 1991) oder p h a g o t r o p h (Porter 1988) ernähren können, und Veen (1991) s t e l l t e fest, daß die Aufnahmerate von Partikeln unter l i c h t l i m i t i e r e n d e n B e d ingungen erhöht ist. Lewin (1992) zeigte, daß der P h y t o f l a g e l l a t C h r y s o c h r o m u l i n a hirta, welcher wie P h a e o c y s t i s zu den Pr y m n e s i o p h y c e e n gehört und wie diese ein

"Haptonema" g e n a n n t e s Organell besitzt, dieses Organell zur p h a g o t r o p h e n E r n ä h r u n g benutzt.

Die regu l ä r e V e r s u c h s d a u e r von 48 Stunden wurde gewählt, um auch bei g e r i n g e r F r e ß a k t i v i t ä t bei den eingesetzten Graz e r - D i c h t e n deutliche K o n z e n t r a t i o n s a b n a h m e n gegenüber den Kontrollen messen zu k ö n n e n und a u ß e r d e m den Einfluß von möglichem "handling"- bedingten a b n o r m a l e n Freßver h a l t e n während der ersten Stunden des E x p e r i m e n t e s zu minimieren. Bei einer starken Abnahme gegenüber der A n f a n g s k o n z e n t r a t i o n (etwa 50% und mehr) kann die I n g e stions­

rate im V e r l a u f des Experimentes stark gesunken sein, woraus sich eine (zu) n i e d r i g e über 48 Stunden gemittelte Ingestionsrate ergibt. Di e s t rifft in v ielen Fällen auf die Ingestionsraten an K o l o n i e z e l l e n zu. Aus G ründen der Vergleichbarkeit wurden die meisten E x p e r i m e n t e über diese Standarddauer von 48 Stunden durchgeführt. Einzelne Z e i t r e ihen-Experimente bis 72 Stunden und E x p e r i m e n t e übe r 24 Stunden Dauer zeigen den Einfluß der V e r s u c h s d a u e r auf das G r a z i n g - E r g e b n i s . Sicher verändert sich auch die Q u a l i t ä t der Algen bei zweitägiger Inkubation im Schwachlicht. Dabei kann nicht unbedingt davon ausgegangen werden, d a ß das Gr a z i n g durch schlechtes Wachstum von Ph a eocystis negativ b e e i n f l u ß t wird: Estep et a l . (1990) fanden starkes Grazing g e r a d e in der Z u s a m m e n b r u c h s p h a s e der Phaeoc y s t i s - Blüte.

Die lange I n k u b a t i o n im Schwachlicht führte zu einer Zunahme des z e l l s p e z i f i s c h e n C h l - a - G e h a l t e s , wodurch die auf Chloro p h y l l

-M e s s u n g e n b a s i e r e n d e n W a c h s t u m s r a t e n zu hoc h liegen. D i e s e s b e t r i f f t j e d o c h in g l e i c h e m Ma ß e auc h die G r a z i n g - A n s ä t z e und b e e i n f l u ß t n i c h t das R e s u ltat. Dabei sei angenommen, daß bei den v e r w e n d e t e n n i e d r i g e n Zelldi c h t e n , Z e l l d i c h t e u n t e r s c h i e d e n und d e r L i c h t s t ä r k e die A u s w i r k u n g e n u n t e r s c h i e d l i c h e r S e l b s t a b ­ s c h a t t u n g v e r n a c h l ä s s i g b a r g e r i n g war.

A u f g r u n d d e r aus m e h r e r e n G r ü n d e n a n z u n e h m e n d e n M ö g l i c h k e i t der v e r s u c h s b e d i n g t e n U n t e r s c h ä t z u n g der F r e ß r a t e n (siehe oben) w u r d e n in d e r z u s a m m e n f a s s e n d e n T abelle 11 die h ö c h s t e n g e m e s s e n e n R a t e n angegeben. Diese ber u h e n s ä m t l i c h auf B e s t i m m u n g e n des C h l o r o p h y l l a-Gehaltes, w e l c h e r g e g e n ü b e r d e n Z e l l d i c h t e n als z u v e r l ä s s i g e r e s K o n z e n t r a t i o n s m a ß b e t r a c h t e t wird. W ä h r e n d für die C h l o r o p h y l l - B e s t i m m u n g e n 87% des F l a s c h e n ­ v o l u m e n s f i l t r i e r t u n d integral g e m e s s e n wurden, e n t h i e l t e n die U n t e r p r o b e n für die Z e l l z ä h l u n g e n nur 3% des F l a s c h e n v o l u m e n s u n d w u r d e n im F a lle der E i n z e l z e l l e n nur zu etwa 1% ausg e z ä h l t . Die

m i t t l e r e S t a n d a r d a b w e i c h u n g zwischen allen p a r a l l e l e n K o n t r o l l - m e s s u n g e n b e t r u g im Falle der C h l - a - B e s t i m m u n g e n 4%, im F a l l e d e r Z e l l z ä h l u n g e n (Einzelzellen) 8% und für die Z ä h l u n g e n d e r K o l o n i e n 22%. Ein weiteres Pro b l e m bei der Nut z u n g v o n Z e l l ­ d i c h t e n als Maß für die Biomasse ergibt sich aus d e r T a t s a c h e , d a ß das Z e l l v o l u m e n mit der d r i t t e n Potenz des Z e l l d u r c h m e s s e r s steigt, also schon geringe u n a u f f ä l l i g e Ä n d e r u n g e n der m i t t l e r e n Z e l l g r ö ß e starke Änd e r u n g e n des Z e l l v o l u m e n s nach sich ziehen.

E b e n f a l l s ist der Fall denkbar, daß die Z ellen eine T e i l u n g v o l l z i e h e n ohne en t s p r e c h e n d e V e r d o p p l u n g ihrer Biomasse. D a r u m w är e es genauer, mit Hilfe eines C o u l t e r - C o u n t e r s , D u r c h f l u ß - z y t o m e t e r s oder der a u t o m a t i s c h e n B i l d a n a l y s e S c h ä t z u n g e n d e r B i o v o l u m i n a vorzunehmen, doch standen diese M ö g l i c h k e i t e n n icht zur Verfügung. Generell w urden des h a l b die Zell- und K o l o n i e ­ z ä h l u n g e n nur zur Kontrolle des C h l - a - W e g f r a ß e s und als A n h a l t s ­ p unkt für selektives G razing an b e s t i m m t e n G r ö ß e n f r a k t i o n e n b e n u t z t .