GAME XV - Ändert sich die Fraßrate mariner Weidegänger mit der Temperatur?

März bis Dezember 2017

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GAME VIII - Unterscheiden sich native und invasive Populationen mariner Invertebraten und Makroalgen hinsichtlich ihrer Toleranz gegenüber Umweltstress?

April 2010 bis Januar 2011

Im vorangegangenen GAME-Projekt konnten wir zeigen, dass Organismen aus belasteten Habitaten robuster gegenüber Umweltstress sind als solche von pristinen Standorten. Dies deutet daraufhin, dass die Stresstoleranz einer Population durch selektive Prozesse erhöht werden kann. Dieses Modell taugt auch, um, zumindest teilweise, die höhere Stresstoleranz invasiver Arten zu erklären. Neben der artspezifischen, evolutiv vorgebenen Toleranz gegenüber bestimmten Umweltstressoren könnte es also auch eine erworbene, populationspezifische Widerstandsfähigkeit geben, die Invasionen begünstigt. Eine Selektion stresstoleranter Genotypen könnte während des Transportes unter ungünstigen Bedingungen, beispielsweise in Ballastwassertanks, stattfinden. Um dieser Frage nachzugehen, untersuchten wir an insgesamt 6 Standorten (+ Kiel) weltweit Populationen mariner Wirbelloser und Makroalgen hinsichtlich ihrer Stresstoleranz - sowohl in ihren Herkunftsgebieten als auch dort wo sie invasiv sind.  Untersucht wurden die Pazifische Auster Crassostrea gigas, die Pantoffelschnecke Crepidula fornicata, das Manteltier Ciona intestinalis und die Grünlippmuschel Perna viridis. Die Daten werden zurzeit zur Publikation vorbereitet.

Projektpartner:
1. Universidad Católica del Norte, Chile
2. University of Hokkaido, Japan
3. Smithsonian Environmental Research Center, USA
4. University of Hong Kong Pokfulam, China
5. Bogor Agricultural University, Indonesien
6. Bangor University, UK

GAME VII -  Unterscheiden sich invasive und nicht-invasive Invertebraten in ihrer Toleranz gegenüber Umweltstress?

Oktober 2008 bis Januar 2010

Die Zahl der Bioinvasionen in Meeresgebieten ist, bedingt durch menschliche Aktivitäten, in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen. Die Zahl der Arten, die täglich, beispielsweise mit Schiffen, weltweit verfrachtet werden wird auf über 10 000 geschätzt. Allerdings gelingt es bei weitem nicht allen Arten, sich in neuen Habitaten anzusiedeln und auszubreiten, d.h. invasiv zu werden. Erfolgreiche Invasoren können große ökologische Veränderungen hervorrufen und erhebliche ökonomische Schäden anrichten. Ökologen interessieren sich deshalb dafür, die Eigenschaften zu identifizieren, die eine invasive Art auszeichnen. Dieses Wissen würde es ermöglichen, die Folgen einer Verschleppung abzuschätzen und potentielle Invasionen vorherzusagen. Weithin wird die Toleranz gegenüber ungünstigen Umweltbedingungen, wie Schwankungen im Salzgehalt oder der Sauerstoffversorgung, als wichtige Voraussetzung für den Invasionserfolg angesehen. Allerdings gibt es nur sehr wenige Belege dafür, dass invasive Arten toleranter gegenüber Umweltstress sind als vergleichbare Arten, die nicht invasiv sind. Zu dieser Frage haben wir an 6 Standorten weltweit Versuche durchgeführt, in denen wir invasive und nicht-invasive Arten gängigen Umweltstressoren ausgesetzt und ihre Leistung unter Stressbedingungen verglichen haben. Dabei hat sich gezeigt, dass in 5 von 6 Fällen die invasiven Arten eine höhere Toleranz aufwiesen als vergleichbare einheimische Arten. Diese Beobachtung ist ein starkes Indiz dafür, dass Stresstoleranz eine wichtige Voraussetzung dafür ist, fremde Habitate erfolgreich besiedeln zu können.
 
Ein Modell, das erklären könnte warum Populationen invasiver Organismen besonders stresstolerant sind, nimmt an, dass es während des Invasionsprozesses zu einer Selektion resistenter Genotypen kommt. Dadurch steigt deren Häufigkeit in der Population und mit ihr auch deren mittlere Stresstoleranz. Um dieses Konzept zu testen, haben wir an 3 weiteren Standorten Versuche durchgeführt, in denen wir die Toleranz von Organismen aus stark belasteten/extremen Standorten mit der von Artgenossen aus Habitaten mit sehr günstigen Lebensbedingungen verglichen haben. An 2 von 3 Standorten haben sich die Individuen, die bereits über längere Zeit einer stressreichen Umwelt ausgesetzt waren, als robuster erwiesen. Das deutet daraufhin, dass Selektionsprozesse durchaus zu Unterschieden in der Stresstoleranz zwischen Populationen führen können.

Projektpartner:
1. Universidade Federal Fluminense, Brasilien
2. University of Auckland, Neuseeland
3. University of the West Indies, Trinidad & Tobago
4. Åbo Akademi University, Finnland
5. Shahid Beheshti University, Iran
6. University of Hokkaido, Japan
7. Bangor University, UK
8. Bogor Agricultural University, Indonesien
9. National Institute of Oceanography (NIO), Indien

Vorträge:
Lenz M, Wahl M (2010) Tolerance towards abiotic stress: a comparison between invasive and native marine invertebrates. 45th European Marine Biology Symposium, August 23rd-27th, Edinburgh, UK.
 
Wendling C, Bachtiar R, Lenz M, von Juterzenka K, Wahl M (2010) Population differences in susceptibility to salinity stress in Perna viridis from contaminated and uncontaminated sites in West-Java, Indonesia. 2010 International meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation. Bali, Indonesia 19.-24. July 2010.

Artikel:
Fowler AE, Nadine V. Gerner, Mary A. Sewell (2010) Temperature and salinity tolerances of Stage 1 zoeae predict possible range expansion of an introduced portunid crab, Charybdis japonica, in New Zealand. Biol Invasions, 13 (3). pp. 691-699.

Gröner, F., Lenz, M., Wahl, M. und Jenkins, S. R. (2011) Stress resistance in two colonial ascidians from the Irish Sea: the recent invader Didemnum vexillum is more tolerant to low salinity than the cosmopolitan Diplosoma listerianum. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 409 . pp. 48-52.
 
Lenz M, da Gama B, Gerner NV, Gobin J, Groener F, Harry A, Jenkins SR, Kraufvelin P, Mummelthei C, Sareyka J, Xavier EA, Wahl M (2011) Non-native marine invertebrates are more tolerant towards environmental stress than taxonomically related native species: Results from a globally replicated study. Environmental Research, 111 (7, SI). pp. 943-952.

Sareyka, J., Kraufvelin, P., Lenz, M., Lindström, M., Tollrian, R. und Wahl, M. (2011) Differences in stress tolerance and brood size between a non-indigenous and an indigenous gammarid in the northern Baltic Sea. Marine Biology 158: 2001-2008.

GAME VI - Hat der Fraßdruck einen Einfluss auf die Geschwindigkeit, mit der eine chemische Abwehr bei Makroalgen induziert wird?

Oktober 2007 bis Januar 2009

Großalgen gehören zu den wichtigsten Organismen der Küstengewässer und gewährleisten eine Vielzahl bedeutender Ökosystemfunktionen. Sie können sich chemisch gegen ihre Fraßfeinde verteidigen, aber es ist bislang nicht bekannt, wie flexibel diese Verteidigungsreaktion ist. Wir haben an 9 Standorten Makroalgen für die Zeitdauer von 2-3 Wochen verschiedenen Dichten von Fraßfeinden, wie Meeresasseln und Schnecken, ausgesetzt und untersucht, ob die Induktion der Fraßverteidigung unter größeren Fraßdrücken schneller abläuft. Die Auswertung der Daten ist noch nicht abgeschlossen, aber für die Arten, die auf der Südhalbkugel untersucht wurden, konnte eindeutig gezeigt werden, dass ein höherer Fraßdruck zu einem schnelleren Aufbau der Abwehr führt. Zudem zeigte sich, dass die Verteidigung bei vielen Arten zeitlich gepulst ist. Die Algen erhöhen die Konzentration an Verteidigungsmetaboliten für den Zeitraum von 24-48h und senken sie dann wieder ab. Bislang ging man davon aus, dass ein konstanter Wert über längere Zeit gehalten wird. Dieser Befund ist neu und faszinierend. Eine gepulste Abwehr passt sehr gut in das Konzept der optimierten Verteidigung, denn auf diese Weise würden Algen Ressourcen schonen und den Fraßfeinden weniger Gelegenheit geben, sich an die Verteidigungsstoffe anzupassen. Unsere Ergebnisse deuten an, dass Großalgen flexibel auf Veränderungen in der Dichte ihrer Fraßfeinde reagieren können. Es ist anzunehmen, dass letztere im Zuge der Umwälzungen in vielen Küstenökosystemen in Zukunft stärker schwanken werden.

Projektpartner:
1. Universidad Católica del Norte, Chile
2. University of Auckland, Neuseeland
3. Universidade da Madeira, Portugal
4. Universidade Federal Fluminense, Brasilien
5. Université du Québec à Rimouski, Kanada
6. Bangor University, UK
7. National Institute of Oceanography (NIO), Indien
8. Bogor Agricultural University, Indonesien
9. Alfred-Wegener Institut für Meeres- und Polarforschung, Deutschland

Poster:
Siregar, A., Schäfer, A. Lenz, M. von Juterzenka, K., Wahl, M. (2009). A tropical macroalgae can adjust its defense to fluctuating grazing intensity. World Ocean Conference. 11.-15. Mai 2009. Manado, Sulawesi, Indonesien.

 

GAME V -  Beeinträchtigt Lichtmangel die Verteidigungsfähigkeit von Makroalgen gegen Fraß?

Oktober 2006 bis Januar 2008

Es ist eine weitverbreitete These in der Ökologie, dass Verteidigungsmechanismen mit metabolischen Kosten verbunden sind, die für die Produktion von chemischen Substanzen aufgewandt werden müssen. Belege für diese Ansicht sind jedoch rar. Die Tolerierung von Umweltstress geht ebenfalls mit Energieeinbußen einher - Energie die in Folge nicht für die Verteidigung zur Verfügung stünde. Sollte Verteidigung also energieaufwendig sein, müsste Umweltstress die Resistenz von Makroalgen gegenüber ihren Fraßfeinden reduzieren. Die Frequenz und Stärke mit der Stressoren wie beispielsweise Wassertrübung in Küstenlebensräumen auftreten, hat durch menschliche Aktivitäten stark zu genommen. Sollte dieser Stressor Algen negativ beeinflussen, kann das weitreichende Folgen für viele Küstenökosysteme haben. Besonders in den gemäßigten Breiten spielen Großalgen eine entscheidende Rolle im Gefüge mariner Lebensgemeinschaften. Wir haben diesen Zusammenhang an über 15 Makroalgen weltweit getestet, indem wir sie Lichtmangelstress aussetzten und fanden, dass Makroalgen gegenüber diesem Stressor, zumindest kurzfristig, erstaunlich tolerant sind. Dies muss als besondere Anpassung an das Leben im Wasser angesehen werden, in dem die Verfügbarkeit von Licht generell größeren Schwankungen unterliegt als im Medium Luft. Erstaunlicherweise beobachteten wir in nur 3 Fällen einen negativen Einfluss von Lichtmangel auf die Verteidigungsfähigkeit von Algen. Dies widerspricht der gängigen Auffassung dass die Verteidigungsfähigkeit von Pflanzen in starkem Maße von der Energieverfügbarkeit abhängt. Nichtsdestotrotz zeigt dieser Befund, dass Umweltstress Weidegänger-Algen-Interaktionen modulieren kann.

Projektpartner:
1. Universidad Católica del Norte, Chile
2. University of Tasmania, Australien
3. University of Auckland, Neuseeland
4. Universidade da Madeira, Portugal
5. Universidade Federal Fluminense, Brasilien
6. University College of Science and Technology (KUSTEM), Malaysia
7. Chiba University, Japan
8. Université du Québec à Rimouski, Kanada

Poster:
Appelhans YS, Medeiros HE, da Gama BAP, Lenz M, Wahl M (2008). Metabolites for nothing and the defense for free? The influence of low-light stress on defensive traits against herbivory in four Brazilian macroalgae. 37th Benthic Ecology Meeting. 9. - 13. April 2008. Providence Rhode Island, USA.
 
Ramalhosa P, Debus S, Kaufmann M, Lenz M, Wahl M (2008) The production of defensive secondary metabolites under conditions of environmental stress in the seaweeds Stypopodium zonale and Grateloupia imbricata against herbivory by sea urchins on Madeira Island. XV Simpósio Ibérico de Estudos de Biologia Marinha. 9. - 13. September 2008, Funchal, Madeira, Portugal.

Vorträge:
Arsad S, Eidens C, Lenz M, Abdullah AS (2008) Effects of feeding pressure and low-light stress on the performance of antiherbivore defenses in the two red algae Gracilaria edulis and Gracilaria salicornia from Malay Peninsular. UMT International Symposium on Sustainability Science and Management. 8. - 10. Juni 2008. Kuala Terengganu, Malaysia.
 
Bessho K, Kubicek A, Nakaoka M, Lenz M, Wahl M (2008) Effects of light limitation on defensive traits in marine macroalgae: Defense strategies of Chondrus yendoi against herbivory. 55th Annual Meeting of the Ecological Society of Japan.
 
Cerda O, Pansch C, Lenz M, Wahl M, Thiel M (2008) Effects of low-light stress on anti-herbivore and anti-fouling defenses in four macroalgae species from northern-central Chile. 28th Chilean Marine Sciences Conference. 26. - 30. Mai 2008. Viña del Mar, Chile.
 
Lenz M, Wahl M (2008) Is energy supply affecting algal palatability? Temporary low-light stress in coastal habitats and its consequences for grazer-algal interactions. 43rd European Marine Biology Symposium. 8. - 12. September. Ponta Delgada, Azores, Portugal.
 
Piot A, Lenz M, Vasel M, Archambault P, Wahl M (2008) Large scale study of algal adaptation to temporary low-light conditions. 37th Benthic Ecology Meeting. 9. - 13. April 2008. Providence Rhode Island, USA.

Artikel:
Appelhans YS, Lenz M, Medeiros HE, da Gama BAP, Pereira RC, Wahl M (2010) Stressed, but not defenceless: no obvious influence of irradiation levels on antifeeding and antifouling defences of tropical macroalgae. Marine Biology 157: 1151-1159
 
Pansch C, Gómez I, Rothäusler E, Veliz K, Thiel M (2008) Species-specific defense strategies of vegetative versus reproductive blades of the Pacific kelps Lessonia nigrescens and Macrocystis integrifolia. Marine Biology: 155: 51-62
 
Pansch C, Cerda O, Lenz M, Wahl M, Thiel M (2009) Effects of low-light stress on anti-herbivore and anti-fouling defense in four seaweed species from northern-central Chile. Marine Ecology Progress Series: 381: 83-97
 
Kubicek A, Lenz M, Bessho K, Nakaoka M, Wahl M (2011) Inducible defence and its modulation by environmental stress in the red alga Chondrus yendoi (Yamada and Mikami, 1965) from Honshu Island, Japan. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology: 397 (2). pp. 208-213.