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Response of phytoplankton and zooplankton to the glacial-interglacial cycles over the last 300 ka
Yaroslav Zechner
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Geowissenschaften, Geographie und Astronomie
Studiumsbezeichnung bzw. Universitätlehrgang (ULG)
Masterstudium Erdwissenschaften
Betreuer*in
Petra Heinz
DOI
10.25365/thesis.75428
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-21125.04600.246730-9
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Der westliche Indische Ozean weist eine der höchsten Konzentrationen von Phytoplankton auf, welches ein wesentlicher Bestandteil des globalen marinen Nahrungsnetzes und ein wichtiges Element für die lokale Fischerei ist. Überfischung und die Erschließung der Küstengebiete haben jedoch langfristige Veränderungen der letzten Jahrzehnte in der biologischen Produktivität verursacht, was bei den marinen Organismen zu einer verringerten Abundanz und Biodiversität geführt hat. Neben der erheblichen Überfischung hat der westliche tropische Indische Ozean im letzten Jahrhundert einen der stärkste Anstiege der Meerestemperaturen erfahren. Als Folge davon haben anthropogener Druck und der globale Klimawandel zu einer Verringerung und Bedrohung der Biodiversität, sowie zu Veränderungen der Funktionen des marinen Ökosystems geführt. Die Folgen der Biodiversität umfasst die Umstrukturierung von Artenzusammensetzungen durch lokales Aussterben, Migration, Habitat-Tracking und evolutionäre Anpassungen. Die Konsequenzen dieser Verschiebungen für die ökologische Resilienz und die Funktion des Ökosystems bleiben jedoch unklar. Langzeitbeobachtungen und Analysen sind deswegen notwendig um unser Verständnis der temporal α- and β-Diversitäten besser verstehen zu können. Der Sedimentkern GeoB12613-1 bietet umfassende Einblicke in die Biodiversitätsdynamik von Phyto- und Zooplankton während der letzten zwei glazialen – interglazialen Zyklen im westlichen Indischen Ozean. In dieser Studie wurden mikropaläontologische und statistische Analysen des Sedimentkerns zu den temporalen α- und β-Diversitäten von Coccolithophoriden und planktonischen Foraminiferen in folgenden Schritten durchgeführt: 1) Eine Hauptkomponentenanalyse wurde angewendet, um Artenzusammensetzungen und ihre zeitlichen Veränderungen zu analysieren. Anschließend wurden die Hauptkomponenten mit der höchsten erklärten Varianz mit δ18O-Werten und Paläoproduktivitätswerten korreliert, um das Verteilungsmuster und die Verteilungsmechanismen der Artengemeinschaften besser in Bezug zu globalen Temperaturveränderungen und Produktivität zu verstehen. 2) Der Hill-Shannon Index, der Pielou Äquität Index und der Morisita-Horn Index wurden berechnet, um die temporalen α- und β-Diversitäten zu bewerten. Anschließend wurden ihre Änderungsraten im Laufe der Zeit basierend auf dem linearen Regressionsmodell betrachtet und ihre Trends mit den gegenwärtigen Beobachtungen verglichen. 3) Die temporalen Artenwechselraten von planktonischen Foraminiferen und Coccolithophoriden wurden verglichen, um die Hypothese zu überprüfen, ob der temporale Artenwechsel je nach Trophiestufe und Lebenszyklusrate variiert. Die Ergebnisse der Analysen zeigen, dass planktonische Foraminiferen und Coccolithophoriden von unterschiedlichen Umweltfaktoren beeinflusst werden. Planktonische Foraminiferen zeigen eine starke Korrelation mit δ18O-Werten, was darauf hindeutet, dass sie hauptsächlich von globalen Klimaveränderungen beeinflusst wurden. Auf der anderen Seite zeigen Coccolithophoriden eine sehr schwache Korrelation zu den δ18O-Werten und eine starke Korrelation zur Paläoproduktivität, was darauf hindeutet, dass Coccolithophoriden hauptsächlich von Produktivitätsdynamiken beeinflusst wurden. Die Analyse der temporalen α- und β-Diversitäten ergab, dass Coccolithophoriden fast stationäre temporale α-Diversität aufweisen, jedoch mit höheren Änderungsraten der temporale β-Diversität. Andererseits zeigten die temporalen α- und β-Diversitäten planktonischer Foraminiferen keine wesentlichen Variationen in ihren Änderungsraten. Eine Erklärung dafür könnte sein, dass die temporale β-Diversität der Gegenwart durch anthropogene Einflüsse beeinflusst wird und daher höhere Artenwechselraten aufweist. Im Gegensatz dazu sind Paläodaten davon nicht betroffen und weisen dadurch niedrigere Artenwechselraten auf. Die Analyse des temporalen Artenwechsels zwischen den beiden funktionalen Gruppen deutet darauf hin, dass die Änderungsrate von Coccolithophoriden höher ist als die von planktonischen Foraminiferen. Diese Beobachtung unterstützt unsere Hypothese, dass die Änderungsrate des temporalen Artenwechsels während der letzten beiden glazialen – interglazialen Zyklen von Coccolithophoriden höher war als von planktonischen Foraminiferen. Der Unterschied in der Änderungsrate des temporalen Artenwechsels ist wahrscheinlich mit den Unterschieden in der Trophiestufe und der Lebenszyklusrate der untersuchten funktionalen Gruppen verbunden. Darüber hinaus hängt der temporale Artenwechsel von planktonischen Foraminiferen möglicherweise mit dem Prozess des Habitat-Tracking zusammen, während der temporale Artenwechsel von Coccolithophoriden mit der Anpassung und evolutionären Ersetzung von G. ericsonii durch E. huxleyi zusammenhängt.
Abstract
(Englisch)
The western Indian Ocean accommodates one of the largest concentrations of phytoplankton blooms, which is an essential part of the global marine food web and an important element in supporting local fisheries. Overfishing and the development of coastal areas have accelerated the long-term alterations in biological productivity, resulting in decreased abundance and biodiversity of marine organisms. In addition to significant overfishing, the western tropical Indian Ocean has experienced the most substantial long-term increase in sea surface temperatures over the last century, as a result of global warming. As a consequence, anthropogenic pressure and global climate change have resulted in the reduction of biological diversity, increasing threats to species, and altering ecosystem functions. Recent studies show that biodiversity across various ecosystems and organisms is already affected by climate change. Biodiversity change includes restructuring of species assemblages through local extinctions, colonizations, habitat tracking, and adaptations. However, the consequences of these shifts for community resilience and ecosystem functioning remain unclear and analysis of long-term data are required in order to improve our understanding of temporal α- and β-diversity changes. The sediment core GeoB12613-1 provides extensive insights into the biodiversity dynamics of phyto- and zooplankton over the last two glacial – interglacial cycles in the western Indian Ocean. In this study we conducted micropaleontological and statistical analysis of the sediment core on temporal α- and β-diversities of coccolithophores and planktonic foraminifera: 1) We used principal components analysis in order to analyse species assemblages and their temporal changes. Subsequently, we correlated principal components with the highest explained variance with δ18O and estimated paleoproductivity values, in order to understand the distribution pattern and distribution mechanisms of those assemblages in relation to global temperature changes and productivity. 2) We computed Hill – Shannon index, Pielou Evenness index and Morisita – Horn overlap measure to evaluate temporal α-diversity and temporal β-diversity respectively. Subsequently, we compared their rates of change through time based on the linear regression model and compared their trends with contemporary observations. 3) We compared temporal turnover rates of both functional groups in order to test the hypothesis that temporal turnover varies with the trophic level and the rate of life cycles. Our study shows that planktonic foraminifera and coccolithophores species are affected by different environmental parameters. Planktonic foraminifera species indicate strong relationship with δ18O values, indicating that they were predominantly influenced by global climate changes. Coccolithophores species indicate very weak relationship with δ18O values, suggesting that species assemblages were not directly influenced by global climate changes. Instead, we found strong relationship with paleoproductivity estimates indicating that coccolithophores assemblages were predominantly influenced by productivity dynamics. Analysis of temporal α- and β-diversities revealed that coccolithophores species show almost stationary temporal α-diversity, with notable temporal compositional changes. On the other hand, temporal α- and β-diversities of planktonic foraminifera did not show substantial variations in their rates of change. One explanation could be, that contemporary temporal β-diversity is affected by anthropogenic forcing thus exhibiting higher rates of turnover. On the contrary, paleorecords are not affected by it exhibiting therefore lower rates of turnover. Analysis of temporal turnover between the two functional groups indicates that the rate of change of coccolithophores is higher than of planktonic foraminifera. This finding supports our hypothesis that the rate of temporal turnover throughout the last two glacial – interglacial cycles of coccolithophores was higher than of planktonic foraminifera. Difference in the rate of temporal turnover is probably associated with differences in the trophic level and the rate of life cycle of the studied microorganisms. Furthermore, temporal turnover of planktonic foraminifera is possibly related to habitat tracking, whereas temporal turnover of coccolithophores is related to adaptation and evolutionary replacement of G. ericsonii by E. huxleyi.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Deutsch)
Coccolithophoriden planktische Foraminifera Biodiversität Indische Ozean Alpha-Diversität Beta-Diversität temporale Turnover glaziale-interglaziale Zyklen
Schlagwörter
(Englisch)
coccolithophores planktonic foraminifera biodiversity Indian Ocean alpha-diversity beta-diversity temporal turnover glacial-interglacial cycles
Autor*innen
Yaroslav Zechner
Haupttitel (Englisch)
Response of phytoplankton and zooplankton to the glacial-interglacial cycles over the last 300 ka
Paralleltitel (Deutsch)
Entwicklung des Phytoplanktons und Zooplanktons während der glazialen-interglazialen Zyklen in den letzten 300 ka
Publikationsjahr
2024
Umfangsangabe
70 Seiten : Illustrationen
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Petra Heinz
AC Nummer
AC17109878
Utheses ID
70360
Studienkennzahl
UA | 066 | 815 | |