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A time-lapse camera experiment on benthic reactions to anoxia in the Northern Adriatic Sea
Theodora Pados
Art der Arbeit
Masterarbeit
Universität
Universität Wien
Fakultät
Fakultät für Lebenswissenschaften
Betreuer*in
Michael Stachowitsch
DOI
10.25365/thesis.10322
URN
urn:nbn:at:at-ubw:1-29157.39507.267560-1
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(Print-Exemplar eventuell in Bibliothek verfügbar)
Abstracts
Abstract
(Deutsch)
Hypoxie und Anoxie sind Schlüsselfaktoren, welche die heutigen flachen Küstenökosysteme weltweit bedrohen. Das Auftreten von Sauerstoffarmut hat in den letzten Jahrzehnten sowohl in der Häufigkeit als auch in der Intensität stark zugenommen. In der Adria können bis zu 3000 km² des Meeresgrundes von Hypoxie betroffen sein, was zu ausgedehnten Massensterben des Benthos führt. Der Beginn solcher Katastrophen ist kaum vorherzusagen. Mit Hilfe eines Gerätes, das experimentell Anoxie erzeugt, dokumentierten wir in der nördlichen Adria in 24 m Tiefe eine Sauerstoffkrise in kleinem Maßstab (0.25 m²). Das Gerät kombiniert fotografische Dokumentation mit detaillierter chemo-physikalischer Messung und ermöglicht Verhaltens- und Mortalitätsanalysen der benthischen Organismen vor, während und nach der Sauerstoffarmut. Die Reaktionen auf den abnehmenden Sauerstoffgehalt und/oder die ansteigende Dauer der Anoxie waren: (1) vermehrte oder verminderte Aktivität, (2) Auftreten von atypischem Verhalten, (3) unerwartete intraspezifische Interaktionen,
(4) Hervorkommen von Infauna und (5) Mortalität. Die Verhaltensweisen und Sterberaten der ausgewählten Arten wurden mit fünf Sauerstoffkategorien in Korrelation gesetzt: normale Sauerstoffkonzentration (>2.0 ml O2 l-1), leichte (≤2.0-1.01 ml O2 l-1), moderate
(1.0-0.51 ml O2 l-1) und ernste Hypoxie (0.5-0.01 ml O2 l-1) und Anoxie. Die Ergebnisse zeigten große Unterschiede zwischen den ausgewählten Arten im Bezug auf die Hypoxie- bzw. Anoxietoleranz. Leichte Hypoxie, zum Beispiel, löste eine erhöhte Lokomotionsaktivität des Schlangensterns Ophiothrix quinquemaculata und des Gastropoden Hexaplex trunculus aus, was als Fluchtverhalten gedeutet wird. Zudem wurden verschiedene artspezifische subletale Reaktionen dokumentiert, wie etwa die Körperausdehnung bei der Seeanemone Cereus pedunculatus und der Seegurke Ocnus planci oder die Mantelschwellung bei der epifaunalen Bivalve Chlamys varia. Moderate Hypoxie forcierte das Hervorkommen des infaunalen Seeigels Schizaster canaliferus. Bei ernster Hypoxie begannen die Seescheiden ihre Siphonen zu schließen und die Aktivität der Schlangensterne sank deutlich, bis sie letztendlich starben. Bei Anoxie wurden die ersten Mortalitäten dokumentiert, unter anderem die Schlangensterne, infaunale Seeigel und C. varia; C. pedunculatus, H. trunculus und die infaunale Bivalve Corbula gibba überlebten.
Die vorliegende Studie, in Kombination mit laufenden Experimenten, ist ein wichtiger Schritt, um einen allgemein gültigen Katalog von Verhaltensreaktionen und eine Liste von empfindlichen und toleranten Arten erstellen zu können. Dieses Herangehen wird letztendlich dazu beitragen, den Status benthischer Ökosysteme, welche einer Sauerstoffarmut ausgesetzt
sind, besser einzuschätzen.
Abstract
(Englisch)
Hypoxia and anoxia are key threats to modern shallow coastal ecosystems worldwide. The occurrence of oxygen depletion events has increased dramatically over recent decades both in frequency and intensity. In the Adriatic Sea, hypoxia may affect up to 3000 km² of the seafloor, leading to extensive mass mortalities of the benthos. The onset of these catastrophic events, however, is hard to predict. Deploying an experimental anoxia generating unit (EAGU) we created and fully documented a small-scale anoxia event (0.25 m2) in 24 m depth, in the northern Adriatic Sea. The instrument combines photo-documentation with detailed chemo-physical recording and allows the analysis of the behaviors and mortalities of benthic organisms before, during and after oxygen depletion. The responses to declining oxygen values and/or to increasing duration of anoxia were: (1) increase or decrease in normal activities, (2) initiation of atypical behaviors, (3) unexpected intraspecific interactions,
(4) emergence of infauna, and (5) mortalities. The documented behaviors and mortalities of the selected species were correlated to five oxygen categories: normoxia (>2.0 ml O2 l-1), weak hypoxia (≤2.0-1.01 ml O2 l-1), moderate (1.0-0.51 ml O2 l-1) and severe hypoxia
(0.5-0.01 ml O2 l-1) and anoxia. The results show considerable differences in tolerance to oxygen depletion from species to species. Weak hypoxia triggered increased locomotion in the brittle star Ophiothrix quinquemaculata and in the gastropod Hexaplex trunculus, which is interpreted as an escape behavior. Different species-specific sublethal responses were observed, such as body extension in the sea anemone Cereus pedunculatus, and in the sea cucumber Ocnus planci, or swollen mantle tissue in the epifaunal bivalve Chlamys varia. Moderate hypoxia elicited the emergence of the infaunal sea urchin Schizaster canaliferus. At severe hypoxia ascidians began to close their siphon and the activity of the ophiuroids ceased followed by a moribund phase. The first mortalities occurred at the onset of anoxia. The brittle stars, infaunal sea urchins and C. varia were among the first to die; C. pedunculatus,
H. trunculus, the infaunal bivalve Corbula gibba survived.
The present study, together with ongoing experiments, is an important step in compiling a generally valid catalogue of reactions and a list of sensitive and tolerant species. This approach will ultimately help to better determine the status of benthic ecosystems exposed to oxygen depletion here and elsewhere.
Schlagwörter
Schlagwörter
(Englisch)
Anoxia Hypoxia mass mortality Adriatic benthos benthic reactions behavioral change
Schlagwörter
(Deutsch)
Anoxie Hypoxie Sauerstoffarmut Massmortalität Adria Benthos bentische Reaktionen Verhaltensänderung
Autor*innen
Theodora Pados
Haupttitel (Englisch)
A time-lapse camera experiment on benthic reactions to anoxia in the Northern Adriatic Sea
Paralleltitel (Deutsch)
Ein Zeitrafferkamera-Experiment über die Reaktionen von Benthos auf Anoxia in der Nord-Adria
Publikationsjahr
2010
Umfangsangabe
66 S.
Sprache
Englisch
Beurteiler*in
Michael Stachowitsch
Klassifikationen
42 Biologie > 42.90 Ökologie: Allgemeines ,
42 Biologie > 42.94 Meeresbiologie
AC Nummer
AC08252491
Utheses ID
9321
Studienkennzahl
UA | 066 | 833 | |