Bestimmung der Darmfluoreszenz

Die zur D a r m f l u o r e s z e n z - B e s t i m m u n g h e r a u s s o r t i e r t e n T emora w u r d e n z u n ä c h s t d u r c h fünfmaliges Spülen mit G F / F - f i l t r i e r t e m 5°C k a l t e m S e e w a s s e r gewaschen, um außen a n h aftendes P h y t o p l a n k t o n zu en t f ernen. D a n a c h w u r d e n die C o p e p o d e n u n ter d e m B i n o k u l a r b e g u t ­ ac h t e t und n u r die u n b e s c h ä d i g t e n E x e m plare w e i t e r v e r a r b e i t e t . D i e s e w u r d e n d a n n in 5 ml 5*C k a l t e m A c e t o n mit e i n e m "Potter- g r i n d e r " 20 S e k u n d e n lang homogenisiert. V o r e x p e r i m e n t e e r g a b e n h ö c h s t e F l u o r e s z e n z - W e r t e bei d ieser D auer in K o m b i n a t i o n mit k a l t e m Aceton. U m eine v o l l s t ä n d i g e E x t r a k t i o n zu sichern, w u r d e n die H o m o g e n i s a t e no c h zwei S t u n d e n in d e n K ü h l s c h r a n k (5°C) g e s t e l l t und m e h r f a c h von H a n d geschüttelt. Da n n w u r d e n die H o m o g e n i s a t e d u r c h auf I n j e k t i o n s s p r i t z e n m o n t i e r t e G F / F - F i l t e r g e p r e ß t und die P i g m e n t g e h a l t e in den k l a r e n E x t r a k t e n gemessen.

H i e r z u d i e n t e ein b e s o n d e r s e m p f i n d l i c h e s S p e k t r a l f l u o r o m e t e r (Hitachi F 2000). Der C h l - a - G e h a l t wurde nac h der M e t h o d e v o n H o l m - H a n s e n et a l . (1965) bei der A n r e g u n g s w e l l e n l ä n g e 425 n m u n d d e r W e l l e n l ä n g e m a x i m a l e r F l u o r e s z e n z v o n 673 n m bestimmt. Der G e s a m t g e h a l t von C h l - a und P h a e o p i g m e n t e n w u r d e aus d e n a n g e ­ s ä u e r t e n E x t r a k t e n bei der A n r e g u n g s w e l l e n l ä n g e 410 n m gemessen.

Letztere M e s s u n g e n w u r d e n zur Umrechnung in Chl-a-Äqu i v a l e n t e benutzt. w ä h r e n d die Chl-a-Messun«?en zur Kontrolli» m ö ^ l irher V e r u n r e i n i g u n g e n d u r c h event u e l l e s mangelhaftes Spülen der C o p e ­ p o den dienten. Der C h l - a - A n t e i l war jedoch in allen B e s t i m m u n g e n v e r n a c h l ä s s i g b a r gering. Eine Kalibrierung der b eiden Meth o d e n e r f o l g t e mit P i g m e n t e n b e k a n n t e r Konzentrationen, gewo n n e n mit Hilfe h o c h a u f l ö s e n d e r Flüssig k e i t s c h r o m a t o g r a p h i e (HPLC).

3.1.6 A u f a r b e i t u n g der Daten

Die aus den q u a n t i t a t i v e n Proben stammenden C o p e p o d e n a n z a h l e n w u r d e n in K o n z e n t r a t i o n e n umgerechnet. Die Länge n m e s s u n g e n w urden über L ä n g e n - G e w i c h t s b e z i e h u n g e n für T. longicornis, e r m i ttelt bei 15*C u n d o p t i m a l e r Fütterung, nach Klein Breteler & Gonzalez (1988) in a s c h e f r e i e s Troc k e n g e w i c h t (AFTW) verwandelt: log W = 3 . 0 6 4 0 - log L-7.6958, mit W als a s c hefreiem T r ockengewicht in [yg AFTW] u n d L als C e p h a l o t h o r a x l ä n g e in [tun]. Durch Mult i p l i k a t i o n der G e w i c h t e mit den F a k t o r e n 1, 0.81 und 0.95 wurde den G e w i c h t s u n t e r s c h i e d e n zwis c h e n Copepoditen, adulten M ä n n c h e n und W e i b c h e n R e c h n u n g getragen (Klein Breteler, pers. Mitt.). Für die U m r e c h n u n g in K o h l e n s t o f f g e h a l t e wurde ein 40Xiger Anteil am T r o c k e n g e w i c h t a n g e n o m m e n (Omori 1969).

Der E m p f e h l u n g von Baars & Oosterhuis (1984) folgend, w urden die F l u o r e s z e n z - M e s s u n g e n nicht mit Hint e r g r u n d s f l u o r e s z e n z durch C o p e p o d e n g e w e b e korrigiert. Dies b e s tätigen auch eigene Messungen an zwei und m e h r Stunden g e h ungerten T. l o n g i c o r n i s , deren F l u o r e s z e n z als v e r n a c h l ä s s i g b a r gering bestimmt wurde. Die in C h i o r o p h y l l - £ - G e w i c h t s ä q u i v a l e n t e n ausgedr ü c k t e n D a r m f l u o r e s ­ ze n z e n w u r d e n d u r c h M u l t i p l i k a t i o n mit D a r m p a s s a g e r a t e n in Freß- r a ten verwandelt. H ierbei fand die von Dam &. Peterson (1988) für T. l o n g i c o r n i s gefundene Beziehung zwischen D a r m p assagerate (K) und T e m p e r a t u r (T) Verwendung: K - 0.0119 + 0.001904'T, mit K als D a r m p a s s a g e r a t e in (min"1 ] und T als T e m peratur zur Fangzeit in

f C ] .

3 . 2____ Ergebnisse

3.2.1 Entwicklung der Copepoden

Im Zeitraum vom 30. März bis zum 17. April 1990 war die Copepoden-Konzentration gering : Die Abundanz der Copepoden größer 300 um schwankte zwischen 80 und 1700 Ind./m3 (siehe A b b . 45) . Im zweiten Abschnitt des Untersuchungszeitraumes fanden sich höhere Copepoden-Konzentrationen von 2100 bis 5300 Ind./m3 . Generell war Te m o r a l o n g i c o r n i s die dominante Copepodenart, welche im Mittel 80% von der totalen Copepodenzahl ausmachte. Die übrigen Copepoden, welche vorwiegend der Art P s e u d o c a l a n u s e l o n g a t u s angehörten, erreichten im Mai die höchsten Dichten und stellten hier auch einen größeren Anteil an der totalen Copepodenzahl. Aufgrund der Größenverhältnisse der Copepoden kann davon ausgegangen werden, daß Temora auch den größten Anteil an der gesamten Biomasse der Copepoden stellte (siehe auch Abschnitt 2.3.3).

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3000

-0 andere Copepoden

H Temora

30 2 5 9 12 14 17 20 22 24 27 1 4 7 1 1

April Mai

Abb. 45: Abundanz von Temora longicornis und der übrigen Copepodenarten im MARSDIEP in Frühjahr 1990. Mittlere Konzentrationen aller Stadien der Fraktion >300 ins.

3.2.2 Wachstum von Temora longicornis

Aus der Zunahme der Temora-Biomasse im April wurde eine Ab­

schätzung der Wachstumsrate vorgenommen. Dieser Abschätzung liegt die Annahme zugrunde, daß der Biomassenzuwachs in den älteren Copepoditstadien das Nettowachstum, d.h. das Wachstum minus der Mortalität, widerspiegelt. Ferner wurde für den Zeitraum April exponentielles Wachstum angenommen:

Bt = Bo ■ e< p/ »-■ >

mit B o , B t : Biomasse zu Beginn des Untersuchungs­

zeitraumes (t=Oh) und am Ende nach t Tagen,

P/B: Wachstumsrate als Quotient von Produktion und Biomasse sowie m: Mortalität.

Sowohl für die weiblichen (1) als auch für die männlichen Copepodite (2) ergaben sich statistisch signifikante exponentielle Regressionen ( n 2 = 0.80; r22 = 0.74; m,n2=9; pi ,

P 2 C 0 . 0 1 ) . Das P/B-Verhältnis ergab in beiden Fällen ein Wachstum

von 15% /d (siehe Abb. 4 6 ).

April

Abb. 46: Biomasse von männlichen und weiblichen Temora longicornis (C 5 + C 6) im MARSDIEP im April 1990. Zeitlicher Verlauf der Konzentration an aschefreiem Trockengewicht (AFTW) in halblogarithmischer Darstellung.

3.2.3 Darm-Pigmentgehalt von T e m o r a l o n g i c o r n i s im Vergleich zur Phytoplanktonentwicklung

Die Darmfluoreszenz-Messungen zeigten bei allen drei Temora- Fraktionen (C 5 + C 6 Weibchen, C 5 + C 6 Männchen, jüngere Copepodi tstadien <_ C 4 ) einen ähnlichen Verlauf: einen relativ hohen Pigmentgehalt vom 30. März bis zum 12. April, einen niedrigen Pigmentgehalt in der zweiten April-Hälfte und wiederum relativ höhere Werte bei den im Mai gefangenen Copepoden (siehe A b b . 4 7 ). Dabei war der Pigmentgehalt in den Därmen der Weibchen höher, verglichen mit dem der Männchen, und die niedrigsten Werte

fanden sich bei den jüngeren Copepoditen (<. C 4).

0.0 i—i i-'i—r—|—r—j—i—r~»~i—|—r—1—r -1—r -1-

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“ 30 2 6 10 14 18 22 26 30 4 8 12:

April Mai

Abb. 47: Dara-Pigaentgehalt von Temora longicornis ia MARSDIEP ia Frühjahr 1990 aus Darafluoreszenz-Messungen. Mittlere Pigaentkonzentration für weib­

liche (C 5 + C 6), aännliche (C 5 + C 6) sowie jüngere Copepoditen (< C 4) der Fraktion >300 pm.

Bezogen auf das Gewicht der Copepoden ergaben sich jedoch nur geringe Unterschiede in den Darm-Pigmentgehalten zwischen den drei Geschlechts-/Größenfraktionen von Temora, mit den höchsten Werten bei den jüngeren Stadien (siehe A b b . 4 8 ). Die gewichts­

spezifischen Pigmentgehalte zeigten einen ähnlichen zeitlichen Verlauf wie die nicht auf das Copepodengewicht bezogenen Werte, mit besonders geringen Werten in der Zeit zwischen dem 14. und 27. April.

Aprit Mai

Abb. 48: Gewichtsspezifische Darm-Pigmentgehalte von Teaora longicornis im MARSDIEP im Frühjahr 1990 aus Darmfluoreszenz-Messungen. Mittlere Pigmentkonzentration für weibliche (C 5 + C 6), männliche (C 5 + C 6) sowie jüngere Copepoditen (< C 4) der Fraktion >300 pm.

Vergleicht man den Verlauf der Darm-Pigmentgehalte mit der Entwicklung des Phytoplanktons im MARSDIEP (siehe Abb. 4 9 ). so ist zu sehen, daß der Pigmentgehalt in den Copepoden nicht de*

Verlauf des Chlorophyll-a-Gehaltes im Wasser folgte. Vielmehr läßt sich ein negativer Zusammenhang zwischen dem Darm-Pigment- gehalt und der P h a e o c y s t i s-Blüte erkennen. Die relativ hohen Darm-Pigmentgehalte wurden vor und nach der Phaeocystis-Blüte gemessen, zu Zeiten, in denen die P/iaeocystis-Zellkonzentration relativ gering war (siehe Abb. 49 und Cadee &. Hegemann 1991) und die Phytoplankton-Gemeinschaft von Diatomeen dominiert war (Hansen & van Boekel 1991). In der durch P h a e o c y s t i s-dominierten Periode (siehe Abb. 5 0 ). im besonderen zur Zeit der maximalen Zellkonzentration und in der anschließenden Phase des Zusammen­

bruchs der P h a e o c y s t i s -Blüte, waren die Pigmentgehalte in den Därmen von Temora minimal.

Chl-a

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April Mai

co

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Abb. 49: Chlorophyll-a- und P/iaeoc/sfcis-Zellkonzentrationen im Verlauf der PAaeocjsfcis-Frühjahrsblüte 1990 im MARSDIEP.

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Abb. 50: Phaeocystis-Anteil aa gesagten Phytoplankton-Biovoluaen ia Verlauf der PAae<?cys£is-Friihjahrsblüte 1990 im MARSDIEP. Die vertikalen Linien zeigen den Zeitraua an, in welchea Phaeocystis doainierte.

3.2.4 Phytoplankton-Grazing durch Temora longicornis im Verlauf der Phaeocystis-Frühjahrblüte 1990

Die über die Darmfluoreszenz-Messungen ermittelten Pigmentgehalte wurden mit Hilfe von errechneten, von der Temperatur abhängigen Darmpassagezeiten (siehe Abb. 51 und Abschnitt 3.1.6) in Inges­

tionsraten verwandelt. Der zeitliche Verlauf der Ingestionsraten gleicht dem Verlauf der Darm-Pigmentgehalte, doch sind die Inges­

tionsraten am Ende des Untersuchungszeitraumes relativ höher (siehe A b b . 52 ) . Letztere Tatsache ergibt sich rechnerisch aus den kürzeren Darmpassagezeiten, welche zu den höheren Umgebungs­

temperaturen gehören. Die maximale Ingestionsrate von weiblichen Copepoden (C 5 + C 6) betrug 43 ng Chl-a/(Ind. d). Während des

Abb. 51: Teaperaturverlauf und daraus errechnete Darmpassagezeiten für Temora longicornis im MARSDIEP in Frühjahr 1990.

Die Ingestionsraten wurden auf das Copepodengewicht bezogen und der errechnete in-situ Wegfraß an Phytoplankton-Kohlenstoff der im Wasser vorkommenden Algenbiomasse ("standing stock") gegen­

übergestellt. Bei der Berechnung des Phytoplankton-Kohlenstoffs wurde von der Annahme ausgegangen, daß das Chl-a-Verhältnis

P h a e o c y s t i s/Diatomeen dem Biovolumen-Verhältnis P h a e o c y s t i s / Diatomeen in den Proben entspricht. Gemäß dem mittleren Bio- volumen-Verhältnis und C/Chl-a-Gewichtsverhälnissen von 29 für P h a e o c y s t i s (Lancelot-van Beveren 1980) bzw. 25 für Diatomeen (Riemann et a l . 1982) wurden für jeden Zeitabschnitt Umrechnungs­

faktoren von Chl-a in Kohlenstoff berechnet.

April Mai

Abb. 52: Mittlere Ingestionsraten von weiblichen (C 5 + C 6), Männlichen (C 5 + C 6 ) sowie jüngeren Copepoditen (<. C 4) von Teaora longi- cornis (Fraktion >300 um) im MARSDIEP in Frühjahr 1990.

Der zwischen dem 30. März und 11. Mai ermittelte Wegfraß an Phytoplankton war generell sehr gering und betrug in der Einheit Kohlenstoff lediglich 2-7% des Copepodengewichts pro Tag (siehe T a b ■ 1 4 ). Auch der insgesamt durch Te m o r a-Copepoden weggefressene Anteil der Phytoplanktonbiomasse war sehr gering.

Dieser Anteil lag stets unter einem Prozent. Dieser Anteil betrug in dem Zeitabschnitt, in dem P h a e o c y s t i s dominierte, arithmetisch gemittelt nur 0,04 Prozent des "standing stock" und lag im letzten Zeitabschnitt, in dem sowohl die spezifischen Ingestionsraten als auch die T e m o r a-Biomasse größer waren, eine Größenordnung darüber. Die Biomasse der übrigen Copeoden wurde nicht bestimmt. Aus einer im Frühjahr 1991 im MARSDIEP durchgeführten Untersuchung geht hervor, daß im Zeitraum

30. März - 11. Mai die Te/nora-Biomasse 79% ± 9% von der

Gesamt-Zeitab- Copepoden- PAaeocystis-Frühjahrsblüte 1990. Ingestionsraten und Biomassen vor,

während und nach der durch Phaeocystis dominierten Periode.

copepoden-Biomasseausmachte(Fransz,pers.Mitt,sieheAbschnitt

Da die tägliche Phytoplankton-Produktion nur ein Bruchteil der Phytoplankton-Biomasse ausmacht (siehe Tab. 1 3 ). wird aus den Daten die Schlußfolgerung gezogen, daß der Grazing-Einfluß von T e m o r a l o n g i c o r n i s auf die Blütenentwickliung von P h a e o c y s t i s vernachlässigbar gering war.

3 . 3____ Diskussion

3.3.1 Aussagekraft und Grenzen der verwendeten Methode

Die zum Studium von Grazing verwendete Methode der Darm- fluoreszenz-Messung, wurde von Mackas &. Bohrer (1976) eingeführt.

Obwohl diese Methode sehr unspezifisch ist (Art des ingestierten Materials, Erkennung kausaler Zusammenhänge, siehe auch Abschnitt 2 . 3 . 1 ), wurde sie in den letzten 16 Jahren häufig benutzt. Dies mag daran liegen, daß sie erlaubt, Grazing bei minimaler Beein­

flussung der Grazer zu studieren und zudem relativ einfach in ihrer Anwendung ist. Eine der Hauptannahmen der Darmfluoreszenz- Methode, der 100-prozentige Wiederfund des ingestierten Chl-a- Materials vorwiegend in Form fluoreszierender Abbauprodukte (vor allem Phaeophorbid-a und verschiedene Phaeophytine-a) gilt nicht uneingeschränkt. So fanden Gieskes et a l . (1991) in 24-stündigen Inkubationsexperimenten mit Temora l o n g i c o r n i s und T h a l a s s i o s i r a e c c e n t r i c a variable Wiederfundraten zwischen 60% und 100%. Der Zerfall zu farblosen, nicht-fluoreszierenden Abbauverbindungen des Chl-a stand jedoch vermutlich mit mehrfacher Ingestion des Materials in Zusammenhang (Coprophagie). Eine weitere Fehler­

möglichkeit, welche ebenfalls zur Unterschätzung abgeleiteter Freßraten führen würde, wäre die Assimilation von Pigmenten durch die Copepoden. Eine Fehlerabschätzung aufgrund dieser Prozesse ist sehr schwierig. So gehen die Berichte über solche Verluste

v o n Chl-a-Derivaten weit auseinander und entsprechende Angaben

divergieren zwischen 0% und 95% (z.B. Conover et a l . 1986, Dagg &

Walser 1987, Kiarboe & Tiselius 1987, Lopez et a l . 1988). Eine mögliche Beeinflussung des Darm-Pigmentgehalts durch Fang und B e a r b e i t u n g d e r Copepoden (Morales et a l . 1990) wurde durch schnellstmögliche Schockgefrierung des Fanges mit flüssigem Stickstoff sowie durch kurze Verarbeitungszeiten bei niedriger

Temperatur und Lichtintensität zu minimieren versucht.

Eine weitere Schwierigkeit liegt in der genauen Bestimmung der Darmpassagedauer (Baars & Helling 1985), deren Kenntnis für die Umrechnung der Darmfluoreszenzen in Ingestionsraten nötig ist.

Diese Dauer ist außer von der Temperatur (Dagg & Wyman 1983, Dam

& Peterson 1988) möglicherweise auch von anderen Faktoren abhängig, welche in der Regel nicht bekannt sind, wie der Ingestionsrate (Baars &. Oosterhuis 1984, Murtaugh 1984) und der Art des ingestierten Materials (Nicolajsen et a l . 1983, Head 1988), doch sind diesbezügliche Literaturangaben widersprüchlich (Morales et a l . 1990). Penry & Frost (1990) weisen darauf hin, daß die der Methode zugrunde liegende Vorstellung eines kontinu­

ierlich fressenden Copepoden mit konstanter Egestionsrate über­

simplifiziert ist und zu Fehlbestimmungen führen kann.

Trotz der mit der Darmfluoreszenz-Methode verknüpften Schwierig­

keiten haben vergleichende Untersuchungen eine gute Überein­

stimmung zwischen den mit dieser Methode gewonnenen Ergebnissen und denen aus Eiproduktionsraten sowie Abnahmen von Chl-a- bzw.

Zellkonzentrationen in Inkubationsexperimenten gezeigt (Kiorboe et a l . 1985b, Peterson et a l . 1990). Eine gewisse Vorsicht be­

treffs der absoluten Höhe der Ingestionsraten erscheint auch hier angebracht. Zumindest für die Erkennung relativer Unterschiede in-situ wie Tag/Nacht-Rhythmen oder saisonale Änderungen im Grazing kann diese Methode als nützliches Werkzeug betrachtet werden.

Tag/Nacht-Unterschiede im Grazing wurden in dieser Arbeit nicht untersucht. Mehrere Arbeiten weisen auf einen Tag/Nacht-Rhythmus in der Freßaktivität von Copepoden hin (z.B. Mackas 4 Bohrer 1976, Stearns 1986, Tiselius 1988), doch können solche Rhythmen auch fehlen (Baars & Oosterhuis 1984, Roman et a l . 1988). Etwa 1.3-2 fach höhere Darm-Pigmentgehalte (DP-Gehalte) in Temora während der Nacht im Vergleich zu DP-Gehalten am Tag, wie sie Baars & Fransz (1984) sowie Dam (1986) beobachteten, würden eine Unterschätzung der hier präsentierten, auf 24 Stunden bezogenen Freßraten bedeuten, da diese an am Tage gefangenen Tieren

ermittelt wurden. Es wurde mehrfach vorgeschlagen, daß die Licht­

intensität ein wesentlicher Faktor für die Steuerung solcher Tag/Nacht-Rhythmen sei (z.B. Stearns 1986 und darin zitierte Arbeiten). Der von Baars &. Fransz (1984) gefundene Tag/Nacht- Unterschied im Grazing bezieht sich auf Temora in der zentralen Nordsee. Das MARSDIEP hingegen ist im Vergleich dazu ein sehr trübes Meeresgebiet, besonders während der Frühjahrsblüte (Secchi-Tiefen im April 1990: 0.6-1.0 m, Cadee, pers. Mitt.), und die starken Gezeitenströme sorgen für eine bis in die Tiefe reichende Durchmischung des Plankton. Die Copepoden sind daher auch am Tage nur geringer Lichtintensität ausgesetzt und ein Tag/Nacht-Freßrhythmus ist möglicherweise entsprechend schwach ausgeprägt. Es wurde überprüft, ob eventuell eine Übereinstimmung zwischen dem Verlauf der Darm-Pigmentgehalte (DP-Werte) und den zugehörigen Probenahmezeiten besteht. Die Probennahmen erfolgten jeweils zur Hochwasserzeit zwischen 7 Uhr und 19 Uhr, mit der Folge einer regelmäßigen Verschiebung der Probennahmezeit zum Abend hin und drei Wechseln von Abend- zu Morgenprobennahmen (9.4., 24.4., 7.5.). Es ergab sich keine Übereinstimmung zwischen Änderungen im DP-Gehalt und der Probennahmezeit, aus deren Verschiebung sich der saisonalen Verlauf der DP-Werte nicht erklären ließe.

Auch unter der Annahme einer großen Unterschätzung der Ingestionsraten (z.B. um eine Größenordnung durch methodisch bedingten Pigmentverluste von *90%) bliebe es bei der gemachten Hauptaussage: Grazing durch den im Frühjahr dominanten Copepoden T emora an Phytoplankton ist während der Phaeocystis-dominierten Periode besonders gering und deren Effekt auf die Entwicklung der P h a e o c y s t is-Blüte vernachlässigbar.

3.3.2 Vergleich und Interpretation der Ergebnisse

Die in der Untersuchungsperiode (21. 3 - 11. 5. 1990) gefundenen gemittelten Freßraten von täglich 1.7-7.3% des Körperkohlenstoffs der Tefflora-Copepoden entsprechen den in den Experimenten gefundenen Raten (maximal 5.2 % / d ). Berücksichtigt man jedoch die gegenüber der Freilandsituation wesentlich geringere Futterkon­

zentration in den Experimenten, so liegen die in-situ ermittelten Werte weit unter der bei Konzentrationen >. 250 ng C/1 erwarteten maximalen Ingestionsrate von 44.8%/d (siehe Abschnitt 2.3.2). Ist auch nicht mit letzter Sicherheit auszuschließen, daß das Niveau der Freßraten aus methodischen Gründen insgesamt zu niedrig liegt, so bleibt doch die Beobachtung stark erniedrigter Darm­

fluoreszenzen und Ingestionsraten trotz höchster Phytoplankton­

konzentration während der Periode, in der P hae o c y s t i s die Phyto­

plankton-Gemeinschaft dominierte. Erniedrigte Freßraten und einen Verlust des Tag-Nacht-Freßrhythmus bei Temora während einer P h a e o c y s t i s -Blüte vor der belgischen Küste fand auch Daro (1986).

Bautista et a l . (1992) untersuchten vor und während einer P h a e o c y s t i s -Blüte in den Küstengewässern vor Plymouth den Darm­

Pigmentgehalt von Copepoden verschiedener Größenklassen. Die Pigmentgehalte der dort dominanten Copepoden Calanus helgo- landicus, P s e u d o c a l a n u s elongatus und Oithona sp. waren ebenfalls niedriger während der Ph a e o c y s t i s -Blüte als in der vorangehenden Periode.

Zur Abschätzung des Temora-Wachstums wurde davon ausgegangen, daß der beobachtete Biomassezuwachs in den älteren Copepoditstadien das mittlere Nettowachstum der Temora-Copepoditen widerspiegelt.

Die in dieser Zeit beobachtete starke Zunahme der Biomasse von Temora l o n g i c o r n i s steht in Übereinstimmung mit früheren Arbeiten zur Copepodenentwicklung im MARSDIEP-Gebiet (Fransz & van Arkel 1983, Kuipers et a l . 1990), und Fransz (1976) beobachtete eine gleichartige und etwa gleichzeitige Frühjahrsentwicklung von Temora in verschiedenen Gebieten entlang der niederländischen Küste.

Unter der Annahme einer in-situ Mortalitätsrate von 10% pro Tag (z. B. Bossicart 1980, Bakker & van Rijswijk 1987), dem Ausschluß advektiver Transporte und einer Bruttowachstums- effizienz zwischen 17% (Harris & Paffenhöfer 1976a,b) und 35%

(Berggren et a l . 1988), würde die beobachtete Nettowachstumsrate von P/B=15%/d eine Futteraufnahmerate von 70-140% der Körper­

biomasse am Tag erfordern. Diese Rate stimmt sehr gut mit den von Klein Breteler et a l , (1990) in Wachstumsexperimenten mit Temora

l o n g i c o r n i s bei optimalen Futterbedingungen ermittelten Ingestionsraten überein.

Die aus den Darmfluoreszenz-Werten errechneten spezifischen Ingestionsraten von 1.7%-2.2% während der P h a e o c y s t i s-Blüte reichen bei weitem nicht aus, das beobachtete Wachstum zu ermöglichen. Selbst unter der Annahme, daß alles ingestierte Chlorophyll-a Phaeocystis-Kolonien entstammt mit einem C/Chl-a- Verhältnis von 55 bis 245 (Lancelot et a l . 1991) und deren Gallertsubstanz (Mucus) mit gleicher Wachstumseffizienz umgesetzt werden kann, was wegen des geringen Stickstoffgehaltes wahr­

scheinlich nicht der Fall ist (Paffenhöfer & van Sant 1985), bleibt eine beträchtliche Differenz zwischen benötigtem und ingestiertem (Chlorophyll-haltigen) Futter. Zur Erklärung dieser Differenz wird folgende Hypothese aufgestellt: Zumindest in dem Zeitabschnitt, in welchem P h a e o c y s t i s die Phytoplanktongemein­

schaft dominierte, wechselte Temora ihre Futterquelle und ernährte sich vorwiegend von anderen Partikeln als von Algen. Als alternatives Futter werden zwei Hauptquellen in Betracht gezogen:

zum einen Detritus, möglicherweise besiedelt von Bakterien, und zum anderen Mikrozooplankton.

Über die Menge und Zusammensetzung von Detritus im MARSDIEP gibt es bislang keine genauen Informationen. In der späteren Phase der P h a e o c y s t i s - E l ü t e dominieren die Flagellaten (van Boekel et a l . 1992) und es treten große Mengen von zellfreien Kolonien (sogenannte "ghosts" ) und Koloniefragmenten (eigene Beobachtung) auf. Diese könnten u.a. von Bakterien besiedelt sein und Copepoden als Nahrungsquelle dienen. Estep et a l . (1990) beob­

achteten in der Barentssee, daß Copepoden, im Gegensatz zu wachsenden Kolonien, alternde Kolonien ("unhealthy colonies") fressen, was möglicherweise auf das Fehlen einer das Grazing hemmenden Verbindung zurückzuführen ist. Mehrfach wurde in der Literatur auf die Bedeutung von Detritus als wichtige Quelle partikulären Kohlenstoffs im Meer und deren mögliche Nutzung als Nahrungsquelle durch Copepoden hingewiesen (z.B. Paffenhöfer &

Strickland 1970, Poulet 1976, Lenz 1977, Roman 1984). Über die tatsächliche Nutzung von Detritus als Copepoden-Nahrung herrscht

jedoch Uneinigkeit (Paffenhöfer & van Sant 1985, Pechen-Finenko 1987 und darin zitierte Arbeiten).

Als zweite potentielle Nahrungsquelle kommt Mikrozooplankton in Frage. So wurde in der zweiten Aprilhälfte, der Periode minimaler Copepoden-Darmfluoreszenz bei gleichzeitig hohen, durch PAaeocystis-dominierten Phytoplankton-Konzentrationen, eine

"Blüte" von Ciliaten im MARSDIEP beobachtet (van Boekel et a l . 1992 ) . Die Biomasse der Ciliaten überstieg dabei stets die Biomasse der Copepoden und erreichte Konzentrationen >200 pg C/1.

Angesichts des hohen Wachstumspotentials von Ciliaten mit Verdoppelungsraten von «1-2/d (Heinbokel 1978, Stoecker et a l .

1983, Dolan 1991) stände den Copepoden eine zu ihrem Wachstum ausreichende Produktion von Ciliatenbiomasse zur Verfügung. Die Eignung von Protozoen als Nahrung für Copepoden ist inzwischen durch eine Reihe von Untersuchungen gut belegt worden (Stoecker &

Capuzzo 1990 und darin zitierte Arbeiten, Nielsen & Ki0rboe 1991). Dagegen läßt die biochemische Zusammensetzung von P h a e o c y s t i s annehmen, daß deren Nahrungsqualität vergleichsweise gering ist (Claustre et al. 1990). Es gibt deutliche Hinweise, daß die Grazing-Aktivität durch die Qualität des Futters beeinflußt wird (Cowles et a l . 1988, Huntley et a l . 1986, DeMott 1988, Estep et a l . 1990, St0ttrup & Jensen 1990 sowie Ergebnisse dieser Arbeit), welche möglicherweise chemosensorisch von den Copepoden erkannt werden kann (Poulet & Marsot 1978, van Alstyne 1986 ) .

Temora l o n g i c o r n i s ist wie viele andere calanoide Copepoden omnivor (z.B. Klein Breteler 1980, Daan et a l . 1988) und in der Lage, von einer Futterart zu einer anderen zu wechseln (Poulet 1978). Experimentelle Grazing-Untersuchungen an anderen Copepoden ergaben höhere Freßraten an Ciliaten als an Phytoplankton (Stoecker & Sanders 1985, Ayukai 1987, Stoecker & Egloff 1987, Gifford & Dagg 1991). Wiadnyana & Rassoulzadegan (1989) beob­

achteten ein selektives Fressen der Ciliaten durch A c a r t i a clausi und C e n t r o p a g e s ham a t u s in Mischungen von Ciliaten mit Dino- flagellaten und Diatomeen. Es erscheint darum sehr gut möglich, daß sich T. l o n g i c o r n i s während der Phaeocystis-Frühjahrsblüte carnivor von den zahlreich vorkommenden Ciliaten ernährte.

Admiraal & Venekamp (1986) beobachteten die Ingestion einzelner kolonialer PAaeocystis-Zellen durch Tintinniden, und Weiße &

Scheffel-Möser (1990) identifizierten in einer Freiland-Studie Ciliaten und heterotrophe Dinoflagellaten als Hauptkonsumenten von P h a e o c y s t is-Einzelzellen. Ein bedeutsamer Wegfraß dieser Grazer durch Copepoden könnte durch eine Verminderung des Gesamt- Grazingdruckes einen positiven Effekt auf die Entwicklung einer P h a e o c y s t is-Blüte haben. Es erschien darum wichtig, das Freß- verhalten von T e m o r a und herbivorem Mikrozooplankton (Ciliaten bzw. heterotrophen Dinoflagellaten) in Mischungen mit P h a e o c y s t i s-Einzelzellen experimentell zu untersuchen.

4 TROPHISCHE BEZIEHUNGEN ZWISCHEN PHAEOCYSTIS, PROTOZOEN UND TEMORA L O N GICORNIS

4 . 1_____ M a t e r i a l u n d M e t h o d e n

4.1 .1 V o r b e m e r k u n g

D e r a u f d e n E r g e b n i s s e n d e r M A R S D I E P — M e ß s e r i e g e g r ü n d e t e n V e r m u t u n g , d a ß T e m o r a l o n g i c o r n i s w ä h r e n d d e r P h a e o c y s t i s -F r ü h j a h r s b l ü t e v o r w i e g e n d M i k r o z o o p l a n k t o n frißt, w u r d e in L a b o r a t o r i u m s e x p e r i m e n t e n n a c h g e g a n g e n . D a b e i w u r d e die f o l g e n d e A r b e i t s h y p o t h e s e ü b e r p r ü f t : "In e i n e r M i s c h u n g aus P h a e o c y s t i s -E i n z e l z e l l e n , h e r b i v o r e m M i k r o z o o p l a n k t o n und r e m o r a - C o p e p o d e n f r e s s e n d i e C o p e p o d e n s e l e k t i v das M i k r o z o o p l a n k t o n u nd k ö n n e n so d e n G r a z i n g - D r u c k auf P h a e o c y s t i s v e r r i n g e r n " . H i e r z u w u r d e n am

10. M ä r z u n d a m 23. A pr i l 1992 in Z u s a m m e n a r b e i t mit H e r r n M.

R e c k e r m a n n z wei G r a z i n g - E x p e r i m e n t e d u r c h g e f ü h r t , in d e n e n T e m o r a - W e i b c h e n (C 6) e i n e r s e i t s P h a e o c y s t i s - E i n z e l z e l l e n un d a n d e r e r s e i t s d e r C i l i a t S t r o m b i d i n o p s i s a c u m i n a t u m ( E x p e r i m e n t 1) bzw. d e r h e t e r o t r o p h e D i n o f l a g e l l a t O x y r r h i s m a r i n a ( E x p e r i m e n t 2) s o w o h l g e t r e n n t als a uc h in e i n e r M i s c h u n g zum Fraß a n g e b o t e n w ur d e . A n s ä t z e m i t P h a e o c y s t i s s o w i e e i n e r M i s c h u n g aus P h a e o c y s t i s u n d P r o t o z o e n in d e n g l e i c h e n K o n z e n t r a t i o n e n w i e in d e n G r a z i n g - A n s ä t z e n d i e n t e n als Ko n tr o l l e . Alle in d e n b e i 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 O r g a n i s m e n e n t s t a m m t e n K u lt uren.

4 . 1 . 2 K u l t i v i e r u n g

Die 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 n i c h t - a x e n i s c h e n P h a e o c y s t i s cf. g l o b o s a - K u l t u r e n g e h e n auf eine S t a m m k u l t u r zurück, w e l c h e uns f r e u n d l i c h e r w e i s e H e r r W. van Bo e k e l ( U n i v e r s i t ä t G r o n i n g e n ) zur V e r f ü g u n g stellte. Die s e e n t h i e l t e n st e ts nur

fre ie E i n z e l z e l l e n ( v o r w i e g e n d F l a g e l l a t e n ) und w u r d e n in Erlen- m e y e r - G l a s k o l b e n v o n 1 0 0 0 - 3 0 0 0 ml F a s s u n g s v e r m ö g e n bei 15°C ge- h ä l t e r t . Die K o l b e n w u r d e n mit ca. 100 ¡iE n r 2 s' 1 aus T a g e s l i c h t ­ L e u c h t s t o f f r ö h r e n v o n o b e n 16 S t u n d e n pro Tag b e l e u c h t e t und e i n m a l t ä g l i c h v o n H a n d l e i c h t bewegt. R e g e l m ä ß i g e s V e r d ü n n e n mit

sterilem f/2-Medium (Guillard & Ryther 1962), welches die Zell­

dichten zwischen 1-7- 105 Zellen/ml hielt, gewährte stetig und gut wachsende Kulturen (Generationszeit ca. 21 Stunden).

S t r o m b i d i n o p s i s a c u m i n a t u m Faure-Fremiet (Länge: 68-117 um, maxi­

male Breite: 48-58 um) wurde aus dem Inneren von P h a e o c y s t i s - Kolonien isoliert. Die Kolonien entstammten einer Wasserprobe aus dem MARSDIEP, welche am 27. Mai 1991 mit einem 10-1-Eimer geschöpft wurde. Mit Hilfe eines Mikroskops ließ sich die Ingestion von Phaeocystis-Koloniezellen durch S t r o m b i d i n o p s i s beobachten (siehe Foto 2 ).

Foto 2: Der Ciliat Strombidinopsis acuminatum im Inneren einer Phaeocystis- Kolonie. Erkennbar sind die vom Ciliaten gefressenen Phaeocystis- Zellen, weiche den umliegenden Koloniezellen gleichen.

Vergrößerung: ca. 600fach.)

Dieser Ciliat wurde zunächst in Batchkulturen bei 15°C (maximale Dichte 300 Zellen/ml, Generationszeit <_ 26 Stunden) mit P h a e o c y s t i s oder I s o c h r y s i s als Futteralge gezüchtet. Später wuchs der Ciliat in einer kontinuierlichen Chemostat-Kultur mit I s o c h r y s i s als Futter (15*C). Die Alge wuchs getrennt von den

Ciliaten auf f/2-Medium. Die Ciliatensuspension befand sich in einem abgedunkelten 1 1-Glasgefäß, in das kontinuierlich einer­

seits Algensuspension, andererseits steriles Seewasser (MARSDIEP-

seits Algensuspension, andererseits steriles Seewasser (MARSDIEP-

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