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ZET Change: Energieumsatz des Zooplanktons in einer veränderten Umwelt

Die anthropogene Eutrophierung von Küstengewӓssern und Klimaänderungen führen zu weitreichenden Verӓnderungen der biogeochemischen Stickstoff (N)- und Kohlenstoff (C)-Kreislӓufe mit bislang nicht abschӓtzbaren Konsequenzen für das Nahrungsnetz im Meer. Diese Änderungen manifestieren sich oftmals in einem dramatischen Wechsel von nährstoffreichen Algen zu lipidarmen, schӓdlichen Cyanobakterienblüten, die die Existenz bestehender Nahrungsnetze inklusive der Fischerei bedrohen. Bislang fehlt uns das mechanistische Verstӓndnis, wie verschiedene trophische Stufen des Nahrungs-netzes, z.B. des Zooplanktons, auf diese lipid verarmten Bedingungen reagieren. Zooplanktonorganismen nehmen eine Schlüsselposition in der biologischen Produktivitӓt des Meeres ein, da sie Algen in protein- und lipidreiche Nahrung umwandeln und so die Primӓr- mit der Fischproduktion verbinden, wobei sie gleichzeitig das mikrobielle Nahrungsgefüge mit ihren exometabolomischen Abfallprodukten düngen. Tiefgreifende Störungen dieser Ӧkosystemfunktion des Zooplanktons sind zu erwarten, wenn sich lipidarme Cyanobakterienbestӓnde ausbreiten, da der Energiestoffwechsel des Zooplanktons nur im nӓhrstoffarmen, tropischen Ozean auf die Verstoffwechslung von Proteinen eingestellt ist, wӓhrend er jenseits der Tropen auf Lipiden basiert. Wie sich lipidarme Nahrung auf den Stoffwechsel des Zooplanktons jenseits der Tropen auswirkt, gilt es nun zu verstehen. Von meinen Kollegen und mir hierzu durchgeführte molekülspezifische Isotopenanalysen an Zooplanktonproben aus der Ostsee und dem tropischen Nord Atlantik zeigen erstmals, dass sich der bislang wenig beachtete und generell als starr betrachtete Aminosӓurepool der Tiere innerhalb von Stunden gravierend verӓndert. Das stellt die Nutzbarkeit sogenannter bulk C:N Verhaeltnisse als Protein: Lipid Indikatoren in Frage, was wir in einem Artikel für die fachübergreifenden Zeitschrift Ecology beschreiben. Unsere Arbeiten zeigen, dass Aminosӓuren sensible Parameter sind, um die Auswirkungen von Nahrungsqualitaet auf den Energiestoffwechsel des Zooplanktons zu untersuchen. Im ZET-Change Projekt wird dieser Ansatz erweitert, um die C- und N-Flüsse durch die Aminosӓure- und Lipidpools dominanter Zooplanktonarten und ihrer Gemeinschaften wӓhrend der sommerlichen Cyanobakterienblüten im Modellsystem Ostsee zu quantifizieren. Es wird die Hypothese aufgestellt, dass ein Aminosӓure basierter Stoffwechsel einen wichtigen Anteil an der Zooplanktonentwicklung der Ostsee hat, und dass Aminosӓureumsӓtze durch Cyanobakterien und Nahrungsknappheit beeinflusst werden. Die damit einhergehenden Auswirkungen auf Populations- und Ӧkosystemebene werden mittels Exometabolomanalysen der Abfallprodukte und durch die Bestimmung von C- und N-Transferraten in die Eier dominanter Zooplankter ermittelt. Die Proben hierfür werden aus Feldbeprobungen kombiniert mit Inkubationsexperimenten wӓhrend sommerlicher Schiffsausfahrten auf die Ostsee gewonnen, und anschließend mittels innovativer nanoskaliger Sekundӓrionen Massenspektrometrie bzw. mittels Fourier Transform Massenspektrometrie analysiert. Diese Kombination erlaubt es, unsere Arbeit auf größere Bereiche der Ostsee zu extrapolieren und ein mechanistisches Verstӓndnis der Ӧkosystemfunktion des Aminosӓure (oder Protein) basierten Stoffwechsels im Zooplankton wӓhrend Cyanobakterienblüten zu schaffen.

Publikationen

  • Loick-Wilde, N., I. Fernández Urruzola, E. Eglite, I. Liskow, M. Nausch, D. Schulz-Bull, D. Wodarg, N. Wasmund and V. Mohrholz (2019). Stratification, nitrogen fixation, and cyanobacterial bloom stage regulate the planktonic food web structure. Glob. Change Biol. 25: 794-810, doi: 10.1111/gcb.14546
  • Eglite, E., D. Wodarg, J. Dutz, N. Wasmund, G. Nausch, I. Liskow, D. Schulz-Bull and N. Loick-Wilde (2018). Strategies of amino acid supply in mesozooplankton during cyanobacteria blooms: a stable nitrogen isotope approach. Ecosphere 9: e02135, doi: doi:10.1002/ecs2.2135
  • Loick-Wilde, N., S. C. Weber, E. Eglite, I. Liskow, D. Schulz-Bull, N. Wasmund, D. Wodarg and J. P. Montoya (2018). De novo amino acid synthesis and turnover during N2 fixation. Limnol. Oceanogr. 63: 1076-1092, doi: 10.1002/lno.10755
  • Loick-Wilde, N., S. C. Weber, B. J. Conroy, D. G. Capone, V. J. Coles, P. M. Medeiros, D. K. Steinberg and J. P. Montoya (2016). Nitrogen sources and net growth efficiency of zooplankton in three Amazon River plume food webs. Limnol. Oceanogr. 61: 460-481, doi: 10.1002/lno.10227