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Arbeitsgruppe Aquatische Nahrungsnetze

Funktionelle Biodiversität ermöglicht es aquatischen Gemeinschaften trotz Stressoren wie Temperaturanstieg, zunehmende Schichtung oder Eutrophierung stabil zu bleiben. Die AG Aquatische Nahrungsnetze erforscht Funktionelle Biodiversität hinsichtlich der Regulierung von Ernährungstypen wie Phototrophie, Mixotrophie und Heterotrophie einschließlich Herbivorie, Carnivorie und Detrivorie (im Folgenden trophische funktionelle Gruppen: TFGs) in verschiedenen Kompartimenten Aquatischer Nahrungsgefüge, sowie ihre Versorgung mit Nährstoffen.

Dies erfolgt hauptsächlich mittels der Analyse stabiler Stickstoff-Isotope in Aminosäuren. Diese Analytik erlaubt es erstmals, TFGs und ihre anorganischen Stickstoffquellen zusammen anhand derselben Feldprobe zu bestimmen, sodass Ernährungstyp und Nährstoffquellen in direkten Zusammenhang mit den Umweltbedingungen vor Ort gesetzt werden können. Damit konnten wir z.B. zum ersten Mal zeigen, dass ganze Nahrungsnetze funktionell an die Schichtung der Wassersäule und an Blüten von Cyanobakterien angepasst waren, die als Nahrung eher ungeeignet sind, indem das Mesozooplankton seinen Ernährungstyp von Herbivory auf Carnivory parallel zur Alterung der Blüten umstellte (Loick-Wilde et al. 2019). Die Übertragbarkeit dieses Mechanismus auf dynamischere Ökosysteme wie Ästuare und Flussfahnen ist Gegenstand unser aktuellen Forschung und zukünftiger Projekte.

Ein zweiter Schwerpunkt unserer Gruppe ist die Entwicklung und Implementierung neuer, interdisziplinärer analytischer Ansätze (siehe IOW-Partner) mit Hilfe der GC-C-IRMS und GC-MS Technologien zur Entwicklung eines mechanistischen Verständnisses, wie die Aminosäure-spezifische Qualität und Verfügbarkeit im partikulären und gelösten organischen Material die Funktionelle Biodiversität in aquatischen Nahrungsnetzen beeinflusst (z.B. Eglite et al. 2018, 2019, Loick-Wilde et al. 2018).

Forschungsthemen

Abiotische und biotische Einflüsse auf die Funktionelle Biodiversität

Unsere Feldstudien zeigen, dass die Verfügbarkeit von Aminosäuren aus partikulärem organischen Material von entscheidender Bedeutung für die trophische Struktur des zugehörigen Nahrungsnetzes inkl. des Mesozooplanktons ist und damit für den Energie- und Stofffluss und die Transformation von anorganischen in organische Stoffe (Loick-Wilde et al. 2018, 2019; Eglite et al. 2018, 2019). Dieser Befund steht im Einklang mit Ergebnissen aus Laborstudien (Steffan et al. 2015, Ohkouchi et al. 2017, Glibert et al. 2019). Wir verwenden Multivariate Statistik, um Proxies für die Stickstoffquellen und trophische Position einer Plankton Probe mit biotischen und abiotischen Variablen unserer interdisziplinären Kooperationspartner zu kombinieren, die zusammen vor Ort im Feld erhoben werden. Damit fördern wir ein mechanistisches Verständnis dafür, wie Funktionelle Biodiversität die Resilienz von Plankton in einer sich verändernden Umwelt fördert.

Aminosäure-spezifische Prozesse

Aminosäuren aus der de novo Synthese während der Neuen und Regenerierten Produktion sind essentielle Makronährstoffe für Nahrungsnetze in allen Bereichen des globalen Ozeans. Trotz ihrer kritischen Rolle für heterotrophe Organismen sind ihre Syntheseraten, Umsatzzeiten und Exudationsraten bei der Aufnahme verschiedener Stickstoffquellen oder in Gegenwart von Grazern bisher weitestgehend unbekannt (Loick-Wilde et al. 2018). Katabole und anabole Prozesse, die die Aminosäure-spezifische Qualität des organischen Materialpools in einem Ökosystemen bestimmen, können nun erstmals gemeinsam quantifiziert werden. Dies wird ein differenziertes Bild davon liefern, wie die Verfügbarkeit von Aminosäuren in verschiedenen Ökosystemen die Funktionelle Biodiversität der pelagischen Nahrungsnetze und letztlich den Materialexport beeinflussen kann.

Von Aminosäuren zu Biogeochemischen Modellen

Die Entwicklung von End-to-End-Ansätzen ist seit Langem ein Ziel von Ökosystem-Modellierern und Ökologen. Durch neue empirische Proxies für die Identifizierung und Quantifizierung der dominanten anorganischen Stickstoffquellen auch in höheren Trophischen Ebenen sowie für die stufenlose trophische Einordnung eines Organismus basierend auf Analysen der stabilen Stickstoff-Isotope in Aminosäuren, kommt dieses Ziel endlich zum Tragen. Denn jetzt können wir diese kritischen Größen erstmals empirisch aus Feldproben generieren und für die Kalibrierung und Validierung biogeochemischer Modelle verwenden.