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Reactions of a macrobenthic community to anoxia: behaviour and mortality sequences in a time-lapse camera experiment in the Gulf of Trieste
Alexandra Steckbauer
Art der Arbeit
Diplomarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Stachowitsch
DOI
10.25365/thesis.3908
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29960.67666.793361-6
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Hypoxien und Anoxien in seichten Küstengewässern stellen ein weltweites Problem dar (Diaz und Rosenberg 2008). Wenn der Anteil an gelöstem Sauerstoff im Wasser unter 2 ml l-1 (Hypoxie) sinkt oder ganz verschwindet (Anoxia) kommt es unter anderem zu Verhaltensveränderungen und physiologischen Anpassungen (Diaz und Rosenberg 1995; Vismann 1991, Mangum 1973), die es den Organismen erlauben kurzfristig Störungen zu überleben. Halten hypoxische und anoxische Bedingungen jedoch über einen längeren Zeitpunkt an, können großflächige Massensterben auftreten. Zwei Faktoren, die Schichtung der Wassersäule (Stratifizierung) sowie der Anstieg der Planktonbiomasse durch Eutrophierung, lassen die Anzahl der betroffenen Gebiete deutlich ansteigen. Über 400 so genannte "dead-zones" wurden bereits beschrieben. Ca. 50% davon sind einmal im Jahr hypoxisch, 17% weniger als einmal im Jahr, und 8% sind permanent hypoxisch (Diaz und Rosenberg 2008).
Die Nordadria ist wegen der geringen Tiefe (< 35 m), dem schlammigen Boden, dem hohen Süßwassereinstroms (v.a. durch den Fluss Po, Italien), der hohen Produktivität und der Schichtung der Wassersäule im Spätsommer, ein sehr empfindliches Ökosystem (Stachowitsch und Avcin 1987). Der Großteil der nördlichen Adria wird von macrobenthischen Bodengemeinschaften bedeckt. Im Golf von Trieste setzt sie sich Großteils aus dem Schwamm Reniera spp., dem Schlangenstern Ophiothrix quinquemaculata und der Seescheide Microcosmus sulcatus zusammen, und wird deshalb auch die Ophiothrix-Reniera-Microcosmus Gemeinschaft (ORM-Gemeinschaft) genannt (Fedra et al. 1976). Diese filtrierende Gemeinschaft umfasst ca. 370 ± 73 g m-2 Nassgewicht. Die filtrierenden Organismen können ca. 5% der pelagischen Biomasse pro Tag abbauen (Ott und Fedra 1977) und werden deshalb auch als Puffer oder "natürliche Eutrophierungskontrolle" bezeichnet (Officer et al. 1982).
Seit dem dramatischen Anstieg der Eutrophierung kommt es weltweit auch immer öfter zu solchen Sauerstoffkrisen (Gray et al. 2002). Die hohe Primärproduktion im Meer führt anfänglich zu einem Anstieg der Biomasse der Bodenorganismen. Im Frühling kommt es durch die Stratifizierung zu einer Trennung der oberen, sauerstoffreichen von der unteren, sauerstoffärmeren Wasserschicht. Die Bodenorganismen verbrauchen während des Sommers weiteren Sauerstoff und verstärken so die hypoxischen Bedingungen. Im Winter kommt es dann zu einer Durchmischung der kompletten Wassersäule und die Bodenorganismen wachsen wieder. Eutrophierung verstärkt den Effekt der Stratifizierung und führt zur Bildung des so genannten Meeresschnees. Wenn sich dieser über der Sprungschicht ansammelt, wird er auch als "falscher Benthos" bezeichnet. Durch das Auflösen der Sprungschicht, sinkt dieser Meeresschnee zu Boden und bedeckt große Flächen der benthischen Lebensgemeinschaften, die dann aufgrund des Sauerstoffmangels sterben (Ott 1992; Ott und Stachowitsch 1992). Eine „natürliche“ Sauerstoffkrise im Jahr 1983 wurde von Stachowitsch (1984, 1986) photographisch dokumentiert.
Mit einem neuen Unterwassergerät, dem Experimental Anoxia Generating Unit (EAGU), das mit Foto- und Sensorausrüstung ausgestattet ist, wurden in einer Tiefe von 24 m im Golf von Trieste in situ Hypoxien und Anoxien induziert. Mit den Fotos und den dazugehörigen Sauerstoffwerten war es möglich, das Auftreten atypischer Verhaltensweisen bestimmter Sauerstoffgrenzwerten (beginnende Hypoxie: ≤ 2 ml l-1 DO; moderate Hypoxie: ≤ 1 ml l-1 DO; schwere Hypoxie: ≤ 0.5 ml l-1 DO sowie Anoxie: 0 ml l-1 DO) zuzuordnen. Während beginnender Hypoxie kommt zum Beispiel die infaunale Muschel Corbula gibba aus dem Sediment heraus und Einsiedlerkrebse (Paguristes eremita) zeigen einen deutlichen Anstieg an Lokomotion. Der Schlangenstern Ophiothrix quinquemaculata reagiert mit einer veränderten Armposition und beginnt entweder sich auf die Arme zu stellen oder sich eng an das Substrat zu ziehen. Die Seescheide Microcosmus sulcatus beginnt mit Körperkontraktionen und schließt währenddessen die beiden Siphonöffnungen. Unter moderater Hypoxie verlassen infaunale Polychaeten das Sediment. Sedimentbewegungen darauf hin deutet, dass der infaunale Seeigel Schizaster canaliferus bald an der Sedimentoberfläche erscheint. Sichtbar wird er (unter anderem auch der Schlangensterne Ophiura spp.) erst in der Kategorie "schwerer Hypoxie". Weiters lässt der epifaunale, reguläre Seeigel Psammechinus microtuberculatus seine Tarnung (z.B. Muschelstücke) los. Erste Mortalitäten (alle ausgewerteten Individuen der Art O. quinquemaculata) traten unter schwerer Hypoxie auf. Mit Ausnahme von C. gibba starben alle anderen Tiere bis zum Ende des Experimentes (Anoxie nach ~ 48 Stunden; H2S 17.9 µM).
Diese Arbeit, eingebettet in ein vom FWF gefördertes Projekt, ist ein erster Schritt um (1) einen Verhaltenskatalog unterschiedlicher Arten in Bezug zu verschiedenen Sauerstoffgrenzwerten zu erstellen, und (2) empfindliche und tolerante Arten für die Nordadria zu bestimmen um zukünftig in situ rasch den Status und die Stabilität des Ökosystems zu bestimmen.
Abstract
(Englisch)
Hypoxia and anoxia are key threats to shallow coastal ecosystems worldwide, and the northern Adriatic Sea is a case study for such sensitive seas. Benthic community collapse during low dissolved oxygen (DO) events is not a gradual process, but involves a series of sudden steps. Using a new underwater device, the Experimental Anoxia Generating Unit (EAGU), equipped with time-lapse camera and sensor equipment, we artificially induced anoxia in a sublittoral macrobenthic community in 24 m depth in the northern Adriatic Sea. The deployment shows that the oxygen levels beginning (≤ 2 ml l-1 DO), moderate (≤ 1 ml l-1 DO), severe hypoxia (≤ 0.5 ml l-1 DO) and anoxia (0 ml l-1 DO) cause a series of different atypical behaviours and lead to mortality. Under beginning hypoxia the hermit crabs Paguristes eremita left their hiding places under multi-species clumps and moved around actively. Moderate hypoxia caused the emergence from the sediment of polychaetes and the infaunal sea urchin Schizaster canaliferus. At severe hypoxia the epifaunal sea urchin Psammechinus microtuberculatus discarded its camouflage and the first mortality in the brittle star Ophiothrix quinquemaculata occurred. In the present deployment, anoxia caused mortality in all organisms except the bivalve Corbula gibba. Whereas some behaviours are reversible, mortalities lead to long-term shifts in the benthic community and thereby alter the whole ecosystem.
The observations in the evaluated deployment are a step forward in compiling a generally valid catalogue of behaviours, a list of sensitive and tolerant species, and a range of potential community compositions. This can help to determine the status and stability of such benthic ecosystems in situ.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
hypoxia anoxia benthos epifauna Mediterranean
Schlagwörter
(Deutsch)
Hypoxien Anoxien Benthos Epifauna Mittelmeer
Autor*innen
Alexandra Steckbauer
Haupttitel (Englisch)
Reactions of a macrobenthic community to anoxia: behaviour and mortality sequences in a time-lapse camera experiment in the Gulf of Trieste
Paralleltitel (Deutsch)
Reaktionen einer macrobenthischen Gemeinschaft auf Anoxien: Verhaltensmuster und Mortalitätsraten in einem Zeitrafferkamera Experiment im Golf von Triest
Publikationsjahr
2009
Umfangsangabe
58 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Stachowitsch
Klassifikation
42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie
AC Nummer
AC08159601
Utheses ID
3444
Studienkennzahl
UA | 444 | | |