Periphyton as a Habitat for Meiofauna : a case of a neglected community

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Datum
2005
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Peters, Lars
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Periphyton als Habitat für Meiofauna - der Fall einer unbeachteten Gemeinschaft
Forschungsvorhaben
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Zeitschriftenheft
Publikationstyp
Dissertation
Publikationsstatus
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Zusammenfassung

Während der letzten Jahrzehnte wurde der Meiofauna viel Aufmerksamkeit von aquatischen Ökologen geschenkt. Ihre Ergebnisse haben viel zum Verständnis der Biologie und Ökologie von Meiofaunaorganismen und deren Funktion in aquatischen Ökosystemprozessen beigetragen. Bisher konzentrierte sich die Forschungstätigkeit der meisten Wissenschaftler leider auf Meiofauna in Weichsubstraten mariner und Süßwasser-Ökosysteme. Die Untersuchung der Meiofauna auf Hartsubstarten wurde dabei bislang versäumt, obwohl Periphytongemeinschaften in den Uferbereichen von Seen einen entscheidenden Beitrag zur Gesamtproduktivität von Ökosystemen leisten und eine Schlüsselrolle im benthisch-litoralen Nahrungsnetz darstellen. Meiofauna wurde allerdings häufig als ein Bestandteil des Periphytons bezeichnet, aber paradoxerweise ist unser Wissen über epilithische (auf Steinen lebende) Meiofaunaorganismen äußerst eingeschränkt. In der vorliegenden Arbeit habe ich einige Aspekte zu epilithischen Meiofaunagemeinschaften untersucht und mich dabei auf die oft dominierende Gruppe der Nematoden konzentriert.
Eine wichtige Grundlage für quantitative und qualitative Gemeinschaftsanalysen im Periphyton ist eine effiziente und zuverlässige Methode, welche Vergleiche zwischen natürlichen Periphytongemeinschaften ermöglicht. Ich präsentiere hier die Konstruktionsdetails und Funktionalität eines neuen in situ Probennahmegerätes, das auf einer früher entwickelten Methode basiert. An diesem Gerät wurden alle benötigten Modifikationen vorgenommen, die ein fehlerfreies und effizientes Beproben von natürlichen Hartsubstraten ermöglichen. Die neue Methode wurde unter natürlichen Bedingungen im Freiland getestet und mit der alten Methode und Kontrollproben verglichen. Aufgrund des Methodentests und der daraus resultierenden Ergebnisse kann die von mir entwickelte neue Methode als standardisierte Methode für epilithische Gemeinschaftsanalysen im Freiland ebenso wie für Monitoring-Programme oder Wasserqualitätsanalysen verwendet werden. Basierend auf diesem neuen Probennahmegerät wurde eine umfangreiche Freilanduntersuchung in einer Vielzahl unterschiedliche Seeökosysteme durchgeführt. Ich habe dabei epilithische Meiofaunagesellschaften mit besonderer Berücksichtigung der Nematodenfauna in 17 verschiedenen Schwedischen Seen untersucht, die in Gr fle, Tiefe und Periphytonbiomasse variierten. Die Ergebnisse dieser Studie weisen eindeutig darauf hin, dass auf litoralen Hartsubstraten eine sehr zahlreiche Meiofaunagemeinschaft und eine diverse Nematoden-Artengemeinschaft (insgesamt 58 Nematodenarten, 8 bis 34 Arten pro See) zu finden ist, die von der Menge des organischen Materials auf den Substratoberflächen abhängt. Diese Ergebnisse tragen außerdem grundsätzlich zum Verständnis von Meiofaunagemeinschaften bei und weisen auf die Notwendigkeit hin, die Meiofauna in Periphytonuntersuchungen zu integrieren.
Wichtige Faktoren, welche Periphytongemeinschaften in Seeuferbereichen beeinflussen können, sind physikalische Störungsereignisse (z.B. Wellenschlag, Wasserstandsschwankungen). Solche Störungsereignisse führen oft zu einer Reduktion oder ganzheitlichen Entfernung epilithischen Materials und damit zur Entstehung neuen Lebensraumes, der wiederbesielt werden kann. In einem nachfolgenden Freilandexperiment habe ich die Besiedlungsfähigkeit und die Entwicklung epilithischer Meiofauna- und Nematodengemeinschaften in einem von großen jährlichen Wasserstandsschwankungen beeinflussten See untersucht. Darin habe ich die Gemeinschaftsentwicklung der Meiofauna und Nematoden auf künstlichen Hartsubstraten über einen Zeitraum von 57 Tagen verfolgt. In diesem Experiment konnten die Substrate entweder direkt besiedelt werden oder wurden von der direkten Besiedlung ausgeschlossen; zusätzlich wurden natürliche Hartsubstrate (natürlicher Artenpool) beprobt und Meiofauna Sedimentationsraten ermittelt. Die Ergebnisse dieser Freilandstudie weisen auf eine ausgeprägte Fähigkeit der Meiofaunaorganismen und Nematoden hin, schnell auf steinigen Substraten in Uferbereichen zu siedeln und anschließend auch auf den Substratoberflächen zu verbleiben. Dieser Besiedlungsprozess durch Meiofaunaorganismen hängt maßgeblich von einem Artenpool auf nahe gelegenen natürlichen Hartsubstraten, aus dem besiedelt wird, und von der sich gleichzeitig entwickelnden Periphytongemeinschaft ab. Dabei spielt für die Verbreitung der Organismen der Transport über die Wassersäule eine entscheidende Rolle. Eine detaillierte Analyse von möglichen Anpassungen an einen epilithischen Lebensstil ermöglichte die Analyse der Nematodenarten. Einige Nematodenarten mit morphologischen Anpassungen wurden in den vom Wellenschlag am meisten beeinflussten experimentellen Ansätzen am häufigsten gefunden. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass die Besiedlung von Hartsubstraten durch Meiofaunaorganismen ein Prozess ist, der von externen physikalischen Faktoren beeinflusst wird und sowohl von der artspezifischen Fähigkeit zur Besiedlung und Verweilfähigkeit auf Substratoberflächen als auch von der Gr fle und Physiognomie des sich entwickelnden periphytischen Lebensraumes abhängt.
In der Vergangenheit wurde oft gezeigt, dass das Periphyton Teil unterschiedlicher biotischer und abiotischer Interaktionen ist. Eines der Schlüsselkonzepte in der Ökologie des Periphytons ist die Top-down Regulierung der Periphytonbiomasse durch benthische Herbivore. Es ist bekannt, dass diese Grazer die Periphytonbiomasse stark reduzieren und die Zusammensetzung des Periphytons verändern können. Aus diesem Grund ist es sehr wahrscheinlich, dass die im Periphyton lebenden Meiofaunaorganismen ebenfalls direkt durch Konsumption oder indirekt durch die von Grazern veränderte Habitatstruktur oder Ressourcenverfügbarkeit beeinflusst werden. Um einen generellen Einfluss durch Grazing auf epilithische Meiofaunaorganismen zu untersuchen, habe ich ein Freilandexperiment durchgeführt, in dem ich den Zugang von Grazern zum Periphyton in einem genesteten, räumlichen Design manipuliert habe. Mit Hilfe dieses Experimentes konnte ich zeigen, dass Grazer die Biomasse des Periphytons stark reduzierten, jedoch die Meiofaunaabundanz und Gemeinschaftszusammensetzung nur sehr lokal beeinflusst wurde. Grazing kann sowohl die physiognomische Komplexität als auch die Biomasse des Periphytons verändern, deshalb ist davon auszugehen, dass sich dieses auch auf Meiofaunaorganismen auswirken dürfte und so zu komplexen und räumlich heterogenen ökologischen Interaktionen führen wird.

Zusammenfassung in einer weiteren Sprache

Meiofauna has received much attention of aquatic ecologists during the past decades. Many new and important findings have increased the understanding of meiofaunal biology and ecology and the function of meiofauna in aquatic ecosystem processes. Unfortunately, most researchers have concentrated their attention on meiofauna living in soft sediments of marine and freshwater habitats and have been reluctant to describe and analyse meiofauna attached to hard substrate surfaces. In recent years, periphyton communities in the littoral zone of lakes have received much interest and have been shown to be of great importance by contributing considerably to whole ecosystem primary production and as a key component in benthic littoral food webs. Meiofauna has often been described to be part of periphyton communities, but paradoxically our knowledge of periphytic meiofauna is extremely limited. In the present thesis, I investigated several aspects of periphytic meiofauna, focusing on the often dominating group of nematodes within the meiofaunal community.
The basis for quantitative and qualitative periphyton community analyses is an efficient and reliable method to make valid comparisons between natural periphyton communities possible. Here, I present construction details and functionality of a new in situ sampling device. The new brush sampler is based on a previously developed sampling device, but has all the required modifications to allow a precise and efficient sampling of natural hard substrates. This new device was tested under ambient conditions in the field and compared to the old sampler and control samples. As the field test revealed reliable results, this brush sampler can be used as standardised method for periphyton community analyses in the field and for monitoring programmes or water-quality assessments. With this new sampling device, an extensive survey in a large number of different lake ecosystems was now possible. I investigated epilithic meiofauna with particular emphasis on nematode species composition in 17 Swedish lakes differing in size, depth, and periphyton biomass. The results of this study revealed that highly abundant meiofaunal assemblages and diverse nematode communities (overall 58 species, ranging from 8 to 34 species per lake) inhabit hard substrates; the abundance of these organisms depend on the amount of organic matter attached to hard-substrate surfaces. These findings contribute fundamental information to meiofaunal ecology and point to the necessity to include meiofauna in studies on periphyton.
The most important factors influencing periphyton communities in shallow littoral zones of lakes are physical disturbance events (e.g., wave action, water-level fluctuations), which often lead new space being offered for colonisation. In a subsequent field experiment, I investigated the colonisation ability and community development patterns of epilithic meiofauna and nematodes in a lake characterised by large water-level fluctuations throughout the year. I followed the community development of meiofaunal taxonomic groups and nematode species over a 57-day period on artificial hard substrates that either could be colonised by direct infaunal crawling or were prevented from being directly colonised. I included analyses of natural hard substrates (natural species pool) and sediment trap samples. The data presented point to a distinct ability of meiofauna and nematodes to colonise rapidly on littoral hard substrates and also to persist on the stony substrate surfaces. The colonisation of hard substrates by meiofaunal organisms was shown to be mediated by water-column transport and to depend on a source pool of species on the nearby natural hard substrates and on the simultaneously developing periphyton biomass. The results of the nematode species identification allowed a detailed analysis of possible adaptations to a periphytic lifestyle. Some nematode species have morphological adaptations and were found to be dominant on the treatments most exposed to wave action, which was in accordance with previous studies. However, meiofaunal colonisation is a process that is largely influenced by external physical factors and depends on the species-specific colonisation and persistence ability and on the size and physiognomy of the periphyton habitat.
Periphyton has been shown to be part of various biotic and abiotic interactions. One of the key concepts of periphyton ecology is the top-down regulation of periphyton biomass by benthic herbivores. Grazers are known to reduce periphyton biomass and to change periphyton composition. Therefore, meiofaunal organisms might also be influenced directly by consumption or indirectly by altered habitat structure or resource availability. I investigated this by manipulating grazer access to periphyton in a nested spatial design and found that grazers strongly depressed periphyton biomass, but influenced meiofaunal abundance and community composition only locally. However, grazing is known to alter both the physiognomic complexity and the biomass of the periphyton, and therefore, the presence of macrograzers can also affect periphytic meiofauna and will lead to highly complex and spatially heterogeneous ecological interactions.

Fachgebiet (DDC)
570 Biowissenschaften, Biologie
Schlagwörter
Periphyton, Meiofauna, Nematoden, Grazing, Hartsubstrate, Epilithon, Limnology, Colonisation, Nematodes, Lakes
Konferenz
Rezension
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Zitieren
ISO 690PETERS, Lars, 2005. Periphyton as a Habitat for Meiofauna : a case of a neglected community [Dissertation]. Konstanz: University of Konstanz
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In diesem Experiment konnten die Substrate entweder direkt besiedelt werden oder wurden von der direkten Besiedlung ausgeschlossen; zusätzlich wurden natürliche Hartsubstrate (natürlicher Artenpool) beprobt und Meiofauna Sedimentationsraten ermittelt. Die Ergebnisse dieser Freilandstudie weisen auf eine ausgeprägte Fähigkeit der Meiofaunaorganismen und Nematoden hin, schnell auf steinigen Substraten in Uferbereichen zu siedeln und anschließend auch auf den Substratoberflächen zu verbleiben. Dieser Besiedlungsprozess durch Meiofaunaorganismen hängt maßgeblich von einem Artenpool auf nahe gelegenen natürlichen Hartsubstraten, aus dem besiedelt wird, und von der sich gleichzeitig entwickelnden Periphytongemeinschaft ab. Dabei spielt für die Verbreitung der Organismen der Transport über die Wassersäule eine entscheidende Rolle. Eine detaillierte Analyse von möglichen Anpassungen an einen epilithischen Lebensstil ermöglichte die Analyse der Nematodenarten. 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