Projekte

Die Sektion Bentho-Pelagische Prozesse implementiert Forschungsprojekte in den Polargebieten und in gemäßigten Breiten. Die Projekte sind an Dissertationen oder Post-doc-Vorhaben gebunden und werden aus dem AWI und in Zusammenarbeit mit kooperierenden Forschungsinstitutionen und Universitäten realisiert.

 

 

Projekte in der Antarktis

Verteilung und Ökologie von hexactinelliden Schwämmen im südöstlichen Weddellmeer

Das Ziel des Promotionsprojekts ist es, zu einem besseren Verständnis der Verteilung und der ökologischen Rolle von Glasschwämmen (Porifera, Hexactinellida) in den Schelfgebieten des südöstlichen Weddellmeeres beizutragen.

Schwämme sind ein wichtiger Teil der Meeresbodengemeinschaften in vielen Regionen des antarktischen Kontinentalschelfs. Oft dominieren sie die benthische Biomasse; in manchen Gebieten findet man sogar großflächige "Schwammgärten". Die auffälligsten Arten gehören zur Klasse Hexactinellida, oder Glasschwämme, welche Skelettnadeln aus Siliziumdioxid bilden und bis zu 2 m hoch werden können. Sie sind von großer ökologischer Bedeutung, da die "Schwammgärten" einen komplexen, dreidimensionalen Lebensraum für eine Vielzahl anderer Tiere bieten und eine bedeutende Rolle im Silikat- und Kohlenstoffkreislauf spielen könnten. Viele Fragen zu ihrer Ökologie und Lebensweise sind allerdings noch immer ungeklärt.
In meinem Promotionsprojekt beschäftige ich mich mit folgenden Punkten:

  1. der Bestimmung der Biomasseanteile und Größen-Biomasse-Beziehungen verschiedener Glasschwamm-Morphotypen, welche anschließend genutzt werden können um die Biomasse von Glasschwämmen anhand von Bildern zu berechnen;
  2. der Abschätzung des Stoffwechsels antarktischer Glasschwämme und ihrer Rolle im Kohlenstoffkreislauf anhand von Pumpraten- und Respirationsmessungen; und
  3. der Ermittlung von Faktoren, welche die Verteilung, Biodiversität, Häufigkeit und Biomasse von Glasschwämmen im südöstlichen Weddellmeer bestimmen.

Mit Hilfe dieser Erkenntnisse können wir besser abschätzen, welchen Einfluss Umweltveränderungen auf diese bedeutenden Ökosystembildner haben werden.

 

 

Benthische Lebensgemeinschaften im Weddellmeer: Vergangenheit, Gegenwart und Zukunft

Die gegenwärtige Situation der benthischen Fauna des Weddellmeeres wird mit Hilfe neuer und alter Proben vergleichend beschrieben, etwaige Veränderungen in der Zusammensetzung benthischer Lebensgemeinschaften erfasst und der Einfluss des Klimawandels auf die Gemeinschaften bewertet.

Dieses Projekt verwendet quantitative Daten von Multi-Box Corer-Stationen und Meeresbodenbildern, die während mehrerer Fahrtabhscnitte mit FS Polarstern aufgenommen wurden. In einem ersten Schritt werden die Daten verwendet, um Lücken im aktuellen Wissen über benthische Gemeinschaften zu schließen und den Zustand in der "Gegenwart" mit dem in der "Vergangenheit" beschriebenen zu vergleichen. Zusätzlich werden Umweltdaten (z.B. Hydrographie, Sedimentchemie) in die Analyse einbezogen, um zu beurteilen, welche Umweltparameter die benthische Verteilung strukturieren. Die Analyse der Vergangenheit und Gegenwart der benthischen Fauna und der Umweltparameter wird in ein Modell einbezogen, um die Auswirkungen des Klimawandels auf benthische Faunengemeinschaften zu bewerten.

Projekte in Patagonien

Mögliche trophische Beziehungen zwischen Filtrierern und der Koralle Desmophyllum dianthus

Trophische Wechselwirkungen von habitatbildenden Kaltwasserkorallen vor dem Hintergrund der aktuellen Umweltzerstörung und des Klimawandels zu verstehen, gehört zu einer wichtigen Herausforderungen, der sich Biologen stellen müssen.

Kaltwasserkorallen spielen als Ökosystemingenieure eine wichtige Rolle, da sie die dreidimensionale, strukturelle Basis und den Lebensraum für eine artenreiche Fauna bilden. Trotz ihrer Bedeutung gehören diese Arten zu den am stärksten durch den Klimawandel und die damit einhergehende Versauerung der Ozeane bedrohten Arten. Im Süden Chiles besiedelt der Kaltwasserskleraktiner Desmophyllum dianthus die Steilwände des Comau Fjord. Hier ist ihre Hauptenergiequelle, das Zooplankton, im Winter weniger häufig als im Sommer. Die Korallenart ist oft mit Filtrierern vergesellschaftet, die Art und Weise sowie mögliche trophische Wechselwirkungen dieser Beziehung sind jedoch noch nicht bekannt. Die Miesmuschel Aulacomya atra und der Brachiopoden Magellania venosa leben in dichten Gürteln in den produktiven Gewässern über und zwischen D. dianthus. Sowohl visuelle Beobachtungen als auch taucherbetriebene Schubnetzproben dokumentierten um die Korallen einen Regen von Ausscheidungen dieser Filtrierer. Ziel dieser Studie ist es festzustellen, ob mikroskopisches Phytoplankton, das normalerweise für die Korallen unzugänglich ist, durch die Umwandlung in makroskopische Kot- und Pseudofäkalienstränge nun von den Korallen aufgenommen werden kann. Sollte dies der Fall sein, kann das eine neue und bisher übersehene trophische Verbindung darstellen, die die pflanzliche Oberflächenproduktion zu den Korallen kanalisiert.

Cilien-induzierte Strömung von Korallen und Grenzschichtdynamik

Cilien induzierte Strömung und ihre Rolle für die Physiologie, Ernährung und Stress-Resistenz von Korallen.

Die meisten festsitzenden Organismen müssen für den Stoffaustausch zwischen Organismus und Umwelt eine physikalische Barriere überwinden, die als "Diffusive Grenzschicht" bezeichnet wird und den Stofftransport an der Gewebeoberfläche kontrolliert. Korallen bilden da keine Ausnahme: Als Tiere ohne Atmungsorgane sind sie auf einen Sauerstofffluss angewiesen, der ihrem Atmungsbedarf entspricht. Obwohl seit langem bekannt ist, dass das Gewebe der Korallen mit Cilien bedeckt ist, wurde die Bedeutung der Cilien induzierten Strömung für den Transport von Sauerstoff erst kürzlich beschrieben. Wir gehen davon aus, dass Cilien induzierte Strömungen eine größere Rolle spielen können, die auch die Nahrungsaufnahme und Stressreaktionen beeinflussen. Wir testen diese Hypothesen mit modernsten Mikrosensor- und Videotechniken an tropischen Korallen und Kaltwasserkorallen.


Plankton- und Kaltwasserkorallenökologie im Comau Fjord, Chile (PACOC)

Im PACOC-Projekt untersuchen wir das Wachstum von Kaltwasserkorallen entlang eines natürlichen Säuerungsgradienten in einem patagonischen Fjord und den möglichen Zusammenhang von Korallenwachstum und Nahrungsversorgung durch Zooplankton.

Um wachsen zu können, brauchen Kaltwasserkorallen Kalk (Aragonit) und Nahrung (Zooplankton). Der Treibhauseffekt führt zu einer Verringerung der Aragonitsättigung im Meer, was sich vor allem für kalkbildende Organismen in tieferen Wasserschichten mit geringem Planktonvorkommen negativ auswirkt. Kaltwasserkorallen leben schon heute nahe der Sättigungsgrenze. Daher beeinträchtigen bereits kleine Veränderungen in der Wasserchemie Kalkaufbau und Überleben der Korallenbänke. Im deutsch-chilenischen PACOC-Projekt nutzen wir den Comau Fjord als "Fenster in die Zukunft" und folgen den natürlichen Gradienten in Aragnonit-Sättigung und Planktonvorkommen, um abzuschätzen, wie die für das Ende des Jahrhunderts vorhergesagten Treibhausgaskonzentrationen das Korallenwachstum behindern könnten. Das Projekt beinhaltet beobachtende und experimentelle Untersuchungen zur Ökologie der Korallen, ihrer Planktonnahrung und Anpassungsfähigkeit an den globalen CO2- und Temperaturanstieg. Es wird finanziert durch Projektträger beider Länder (BMBF und CONICYT) und wird in Kooperation mit der UACh und der Forschungsstation Huinay in Chile durchgeführt. 

 

 

Projekte in der Arktis

Arktische Fische unter Bedingungen der Ozean-Versauerung und Erwärmung

Es wird erwartet, dass die Arktis den schnellsten Temperatur- und Versauerungsanstieg erfahren wird, wodurch es zu einer Verkleinerung der Verbreitungsgebiete ektothermer Arten, sowie zu einer artspezifische Verschiebung der Verbreitungsgebieten nach Norden kommen wird. Dies geht  mit der Invasion borealer Arten in die Arktis einher.

Als Reaktion auf steigende Wassertemperaturen dringen boreale Arten wie der Kabeljau (Gadus morhua) in die Arktis vor und erhöhen dabei höchstwahrscheinlich den Prädationsdruck auf die endemische Schlüsselart Polardorsch (Boreogadus saida). Wir untersuchten die Gesamttierperformance beider Fischarten unter verschiedenen Meeresversauerungs- und Meereserwärmungsbedingungen, um die zukünftige Konkurrenzstärke beider Arten abschätzen zu können. Genauer gesagt konzentrierten wir uns auf aerobe Leistungen wie den Ruhe- und den maximalen Stoffwechsel sowie auf Wachstum und Schwimmen als Indikatoren für Fitness unter zukünftigen Meeresbedingungen. Während der Kabeljau unter den für das Jahr 2100 prognostizierten Meeresbedingungen florierte, dürfte die Konkurrenzstärke des Polardorschs abnehmen. Beispielsweise nahm das Wachstum von Polardorsch bei Temperaturen über 6°C ab und seine Schwimmkapazität wurde unter Meeresversauerung reduziert, was möglicherweise zu einer höheren Anfälligkeit für Prädation und einem geringeren Erfolg bei der Nahrungssuche führen wird.