Impact of warming on fitness, phenology and feeding activity of riverine benthic filter feeders

Abstract

Aufgrund des aktuellen, anthropogen verursachten Klimawandels erlangt ökologische Klimafolgenforschung zunehmende Wichtigkeit. In den hier vorgestellten Untersuchungen wurde der Einfluss von Erwärmung auf das Fraßverhalten, die Phenologie und die Fitness benthischer Filtrierer untersucht. Diese steuern durch ihren Planktonkonsum maßgeblich Stoffumsatzprozesse besonders in großen Fließgewässern. Zudem ist ihre Aktivität in hohem Maße sensitiv gegenüber Temperaturänderungen. Die hier durchgeführten Unter¬suchungen wurden unter naturnahen Bedingungen (Durchfluss natürlichen Rheinwassers) auf der Ökologischen Rheinstation der Universität zu Köln durchgeführt. Die Körbchenmuschel Corbicula fluminea diente zunächst als Modell¬organismus. Sie ist eine neuzeitlich eingewanderte Art, die in hohen Abundanzen in Fließgewässern der nördlichen Hemisphäre vorkommt und bezüglich ihrer Filtrationseffekte häufig untersucht wurde. Hier wurde der Effekt von Erwärmung auf Fitnessparameter in temperaturmanipulierten Bypass¬systemen (natürliche Temperatur sowie moderate Erhöhung um 3°C) zum Rhein untersucht. Es konnte gezeigt werden, dass es bereits unter natürlichen Bedingungen (unmanipuliertes Rheinwasser) im Verlauf des Sommers zu einer Gewichtsreduktion der Körbchenmuschel kommt. Dieser Effekt wurde durch die experimentelle Erwärmung signifikant verstärkt. Eine experimentelle Erhöhung der Futterkonzentration dämpfte den negativen Temperatureinfluss und führte zu einem deutlichen Anstieg der Körpermasse. Dies zeigt zum einen, dass Corbicula fluminea in den Sommermonaten im Rhein nahrungslimitiert ist. Zum anderen stützt das Ergebnis die Hypothese, dass erhöhte energetische Kosten mit steigender Temperatur und bei limitierter Nahrung als wichtige Ursache für die beobachteten Gewichtsverluste zu sehen sind. In Respirationsmessungen konnte dazu gezeigt werden, dass Erwärmung bis 30°C zu einem exponentiellen Anstieg des Grundstoffwechsels (und damit des Energiebedarfs) führte, während Literaturdaten zeigen, dass Erwärmung über 25°C bereits zu einer Abnahme der Filtrierrate (und damit der Energieaufnahme) führen. Im Gegensatz zur Kontrolle der Körpermasse wurde das Schalenwachstum durch Erwärmung stimuliert. Diese unterschiedliche Steuerung von Körpermasse und Schalenlänge führte zu einem zusätzlichen negativen Effekt von Erwärmung auf die relative Körpermasse. Die insgesamt negativen Effekte durch sommerliche Erwärmung stehen im Gegensatz zu positiven Effekten von winterlicher Erwärmung auf die Körpermasse sowie die Fekundität zur Hauptreproduktionszeit der Muscheln im April. In einem weiteren Teil der Arbeit wurden der Süßwasserschwamm Ephydatia muelleri und die Moostierchen Fredericella sultana und Plumatella emarginata betrachtet. Beide Taxa kommen in hohen Dichen in Süßgewässern und besonders in großen Fließgewässern vor, fanden bislang aber wenig Beachtung in Untersuchungen zu deren Funktion im Ökosystem. In Flie߬kammern wurde hier erstmalig die Filtrierrate der Organismen auf verschiedene planktische Größenklassen quantifiziert und der Temperatureinfluss auf die Filtration getestet. Die Filtrationsrate von Ephydatia muelleri stieg mit steigender Temperatur an. Plumatella emarginata zeigte zwar eine hohe saisonale Variabilität der Filtrationsrate, allerdings keine Reaktion auf die Erwärmung innerhalb eines Versuchstermins. Sowohl Schwämme, als auch Moostierchen bilden im Winter Dauerstadien. Eine Erwärmung um 3°C hatte dabei eine Verzögerung der Dauerstadienbildung bei Ephydatia muelleri zur Folge. Ähnliches konnte für keine der beiden Moostierchenarten gezeigt werden. Der verhältnismäßig milde Winter 2006/2007 führte bei Fredericella sultana über den ganzen Winter zu geringen Abundanzen aktiver Zooide, die in den warmen Versuchsrinnen deutlich höher waren. Die Erwärmung führte bei Plumatella emarginata zu einer deutlich stärkeren Entwicklung aktiver Zooide im Frühjahr. Ein vergleichbarer Temperatureinfluss im Frühjahr konnte weder für Ephydatia muelleri, noch für Fredericella sultana eindeutig gezeigt werden. Zusammenfassend zeigen die Resultate unterschiedliche Einflüsse von Temperaturerhöhung. Im Vergleich der Bryozoen und Schwämme wurden dabei artspezifische Unterschiede sowohl in der Reaktion der Filtrierraten als auch des Timings der Winterruhe auf Erwärmung gemessen. Für Corbiula fluminea wurde gezeigt, dass sich Klimaerwärmung jahreszeitlich unter¬schiedlich auf die Fitness der Art auswirken kann. Die daraus resultierende Vielseitigkeit der Temperatureffekte muss in Modellen zur Abschätzung von Klimaänderungen auf Fließwasserökosysteme berücksichtigt werden