The aquatic moth Acentria ephemerella as a key species in submerged aquatic vegetation : direct and trait-mediated interactions with predators and food plants

Abstract

Makrophytenbestände sind bedeutende Habitate für Fische und Makroinvertebrate und wichtige, strukturgebende Bestandteile des Uferbereichs von Stillgewässern und marinen Ökosystemen. Die Wassermotte Acentria ephemerella ist eine wichtige herbivore Insektenart, die starke Fraßschäden an submersen Wasserpflanzen verursacht und häufig in Flüssen, Seen und Küstenregionen der nördlichen Hemisphäre vorkommt. In dieser Arbeit wurden die trophischen Interaktionen zwischen Stichlingen (Gasterosteus aculeatus), der herbivoren, aquatischen Lepidoptere Acentria ephemerella und der submersen Wasserpflanzenart Potamogeton perfoliatus mit Mesokosmosexperimenten und Freilandstudien untersucht, um Einblick in den Einfluss von Acentria auf Potamogeton durch Herbivorie und die Populationsregulation von Acentria durch Prädation zu bekommen.Acentria übte einen starken Frassdruck auf Potamogeton perfoliatus aus: Mesokosmosexperimente zeigten, dass Herbivorie durch Acentria (1) die Biomasse von Potamogeton perfoliatus reduzierte und (2) die Seneszenz von Potamogeton perfoliatus Sprossen verstärkte und (3), dass Potamogeton perfoliatus Nährstoffe (Phosphor und Stickstoff) in Überwinterungsknollen im Boden verlagerte, die vor Herbivorie geschützt sind. Daher sind eine erhöhte Sprossseneszenz und eine Verlagerung der Nährstoffe Teil des tolerance/escape syndromes als Toleranzstrategie von Potamogeton perfoliatus gegen Acentria-Frass als Folge des Fehlens morphologischer und chemischer Resistenzstrategien. Einem schnellen Pflanzenwachstum und dem Aufbau einer ausreichend großen unterirdischen Überwinterungsbiomasse folgt eine verstärkte Seneszenz der oberirdischen Biomasse. Diese Reaktionen von Potamogeton dienen zusammen mit einer Verlagerung von Nährstoffen in die Überwinterungsorgane als Verteidigungsstrategie gegen Herbivorie.Da Acentria einen starken Frassdruck auf Potamogeton perfoliatus Bestände ausübt und saisonale Massenvermehrungen stattfinden, kann Acentria als ecosystem engineer angesehen werden, der die Struktur und Qualität von Wasserpflanzenbeständen beeinflusst, die als Habitat für andere Organismen dienen. Freilandprobenahmen haben gezeigt, dass Frass und Seneszenz die Sprossdichte und somit die strukturelle Komplexität von submerser aquatischer Vegetation verringerten: Benthivore Fische, insbesondere Stichlinge und juvenile Flussbarsche (Perca fluviatilis), bevorzugten Makrophytenbestände mit einem mittleren Anteil seneszenter Sprosse und damit einer optimalen, mittleren strukturellen Komplexität, da eine hohe Sprossdichte/geringe Seneszenz die Bewegungsmöglichkeiten der Fische einschränkt, wohingegen eine niedrige Sprossdichte/starke Seneszenz die verfügbare Menge an wirbellosen Futterorganismen und die Funktionsfähigkeit des Wasserpflanzenbestandes als Schutz vor piscivoren Räubern verringert.Die Rolle als ecosystem engineer wird direkt von den Mortalitäts- und Wachstumsraten von Acentria beeinflusst. Unter dem Prädationsdruck von Stichlingen verpuppten sich die Acentria Larven bei einer geringeren Größe und eine Veränderung der Entwicklungsstrategien fand statt: gegen Ende der Wachstumssaison zogen weibliche Larven die Überwinterung der Verpuppung vor, wohingegen männliche Larven zu gleichen Teilen überwinterten und sich verpuppten. Dies führte zu einem stark männchen-dominierten Geschlechterverhältnis der Puppen. Die Reduktion der Puppengröße und die Präferenz der Weibchen zu überwintern sind wahrscheinlich Life-History Strategien, um der Fischprädation zu entkommen, insbesondere für die flügellosen adulten Weibchen, die den aquatischen Lebensraum im Gegensatz zu den geflügelten Männchen nicht verlassen können. Zusammenfassend zeigten Freiland- und Mesokosmosexperimente, dass sowohl lethale (d.h. eine Reduktion der Populationsdichten) als auch nicht-lethale Prädationseffekte (d.h. ein stark männchen-dominiertes Geschlechterverhältnis der Puppen und eine verringerte Puppengröße) zu einer Verringerung des Populationswachstums von Acentria führen, indem sich (1) die Gesamtanzahl der adulten Individuen verringerte, (2) die Anzahl der für die Reproduktion verfügbaren adulten Weibchen durch ein stark männchen-dominiertes Geschlechterverhältnis verringerte und (3) die mittlere Gelegegröße durch eine geringere Größe der adulten Weibchen verkleinerte.Die starken Interaktionen zwischen Stichlingen und Acentria und zwischen Acentria und Potamogeton legen schließlich die mögliche Existenz einer trophischen Kaskade in submersen Pflanzenbeständen des Littorals von Seen und Teichen nahe, bestehend aus den trophischen Ebenen Stichlinge - Acentria - Potamogeton perfoliatus. Durch die weite Verbreitung der beteiligten Organismen ist diese trophische Kaskade wahrscheinlich von großer Bedeutung bei der Strukturierung der Uferzonen vieler Süsswasserseen und Brackwasserökosysteme der nördlichen Breiten.