9 research outputs found
Habitat and settlement preferences of adult respectively larval Flustrellidra hispida
Between 26.03.06 and 05.04.06 we examined the settlement preferences of the bryozoan Flustrellidra hispida on the brown alga Fucus serratus in the rocky intertidal of Le Cabellou in France.
In field experiments we investigated whether F. hispida prefers exposed or protected habitats for settlement. We examined randomly chosen individual algae from two different habitats, one sheltered and one exposed. F. hispida was found exclusively/preferentially on F. serratus from the protected site. On a smaller scale we investigated whether F. hispida showed a preference for different parts of the alga. We determined that highest densities of the colonies were found on the lower parts of the alga. In order to test the possibility that these small-scale preferences were due to settlement preferences, laboratory experiments were carried out on larval F. hispida. These tests could determine that the observed distribution pattern of F. hispida on F. serratus observed in the field is not due to active settlement choice of larvae.Zwischen dem 26.03.06 und dem 05.04.06 untersuchten wir die Siedlungspräferenzen des Bryozoen Flustrellidra hispida an der Braunalge Fucus serratus in der felsigen Gezeitenzone von Le Cabellou in Frankreich.
In Feldversuchen haben wir untersucht, ob F. hispida exponierte oder geschützte Lebensräume für die Ansiedlung bevorzugt. Wir untersuchten zufällig ausgewählte einzelne Algen aus zwei verschiedenen Habitaten, einem geschützten und einem exponierten. F. hispida wurde ausschließlich / bevorzugt auf F. serratus aus dem Schutzgebiet gefunden. In kleinerem Maßstab untersuchten wir, ob F. hispida eine Präferenz für verschiedene Teile der Alge zeigte. Wir stellten fest, dass die höchsten Koloniendichten in den unteren Teilen der Alge gefunden wurden. Um zu prüfen, ob diese kleinräumigen Präferenzen auf Siedlungspräferenzen zurückzuführen sind, wurden Laborexperimente an Larven von F. hispida durchgeführt. Diese Tests konnten feststellen, dass das beobachtete Verteilungsmuster von F. hispida auf F. serratus, das im Freiland beobachtet wurde, nicht auf eine aktive Ansiedlungswahl der Larven zurückzuführen ist.Peer Reviewe
Establishing a Large-Scale Field Experiment to Assess the Effects of Artificial Light at Night on Species and Food Webs
Artificial light at night (ALAN) is one of the most obvious hallmarks of human
presence in an ecosystem. The rapidly increasing use of artificial light has
fundamentally transformed nightscapes throughout most of the globe, although
little is known about how ALAN impacts the biodiversity and food webs of
illuminated ecosystems. We developed a large-scale experimental infrastructure
to study the effects of ALAN on a light-naïve, natural riparian (i.e.,
terrestrial-aquatic) ecosystem. Twelve street lights (20 m apart) arranged in
three rows parallel to an agricultural drainage ditch were installed on each
of two sites located in a grassland ecosystem in northern Germany. A range of
biotic, abiotic, and photometric data are collected regularly to study the
short- and long-term effects of ALAN on behavior, species interactions,
physiology, and species composition of communities. Here we describe the
infrastructure setup and data collection methods, and characterize the study
area including photometric measurements. None of the measured parameters
differed significantly between sites in the period before illumination.
Results of one short-term experiment, carried out with one site illuminated
and the other acting as a control, demonstrate the attraction of ALAN by the
immense and immediate increase of insect catches at the lit street lights. The
experimental setup provides a unique platform for carrying out
interdisciplinary research on sustainable lighting
Die biologische Wirkung von künstlichem Licht in der Nacht auf Fische
Light is fundamental for the existence of flora and fauna on earth. It serves
not only as a source of energy but also as a source of information to
organisms that drives daily and seasonal biological cycles. The natural
alteration and length of day and night sets the internal clock of organisms
and ensures that behavioural patterns and physical processes are synchronized
with time of day and season. Recent decades have seen a profound
transformation of nightscapes, with an increasing proportion of the Earth‘s
surface being illuminated at night. This substantial transformation
demonstrates a pressing need to understand the negative effects of artificial
light at night (ALAN), commonly referred to as “light pollution”, on
biological processes. However, major knowledge gaps remain, in particular the
ecological impact of light pollution, targeting animal populations or even
whole ecosystems. Historically, research on this topic focused on humans and
terrestrial organisms. But also aquatic ecosystems can be strongly influenced
by light pollution. In fish, many traits underlie either daily or seasonal
rhythms. ALAN can interfere with all these rhythmical, light controlled
processes by diminishing the distinction between day and night. In fish both,
the retina and the pineal organ possess circadian oscillators that integrate
photoperiodic information and translate it into hormonal signals. However, for
most fish it seems to be mainly the pineal organ that receives light signals,
translate it to melatonin signals in a rhythmical manner and can therefore act
as messenger for other parts of the organism. The melatonin output is high at
night and low during the day with intermediate levels during twilight, but
also season modulates this rhythm. Hence the melatonin rhythm reflects the
current photoperiod and provides the fish with information about daily and
calendar time. Light at night can suppress the nocturnal rise in melatonin and
consequently may influence processes that are based on this rhythm including
seasonal processes like reproduction. The aim of this study was to evaluate
the effect of low intensity ALAN on the melatonin rhythm, stress response
(cortisol) and reproductive parameters of two of the most abundant fish
species in European freshwaters. In laboratory experiments European perch
(Perca fluviatilis) and roach (Rutilus rutilus) were exposed to four different
light intensities during the night, 0 lx (control), 1 lx (potential light
level in urban waters), 10 lx (street lighting at night) and 100 lx (positive
control, strong streetlight). Melatonin and cortisol concentrations were
measured from water samples of the fish tanks every three hours during a 24
hour period. Gene expression of gonadotropins luteinizing hormone and follicle
stimulating hormone, important reproductive hormones, were determined from
pituitary tissue excised after water sampling. In a second experiment the
influence of different light qualities (blue, green, red) on melatonin rhythm
and gene expression of gonadotropins was studied, to examine the spectral
sensitivity of the circadian axis in both species. The laboratory studies
revealed that the melatonin rhythm is suppressed in both species already by
the lowest intensity of white light. In the control treatment the expected
rhythm of high levels in the night and low levels during the day could be
observed. At all tested light intensities nocturnal melatonin concentrations
were significantly lowered. However, whereas in roach all treatments lowered
the concentrations similarly, with no differences between night and day
levels, melatonin levels of perch in the 1 lx treatment exhibited a noticeable
increase during the night. These results suggest, that for perch, the
threshold light intensity for melatonin suppression must lower than 1 lx.
Roach are presumably even more sensitive. Concerning different light colours
at night, results were similar. In perch and roach, all three light colours
suppressed nocturnal melatonin concentration in comparison with the control
treatment. In roach no differences in the effect of colour treatments were
found. In perch however, blue light was less effective in suppressing
nocturnal melatonin levels. The assumption, that roach is more sensitive to
nocturnal light appears to be confirmed by the results. Cortisol levels, on
the other hand, were not affected by any of the treatments in perch,
suggesting, that light pollution represents no additional stressor. Gene
expression of gonadotropins was only effected in perch in the experiment with
different light intensities. This experiment was conducted under simulated
photoperiod resembling October light conditions. The experiment with different
light colours and perch was conducted under September light conditions and the
experiments with roach were carried out under December conditions. ALAN during
September and December had no effect on the reproduction of the experimental
fish, suggesting the existence of a photo-labile phase, where reproduction of
fish is particularly sensitive to ALAN. However, laboratory experiments cannot
fully display natural environments. To attribute above mentioned impacts to
the presence of ALAN, temperature was kept constant in all experiment.
However, temperature is an important cue for the timing of reproductive
events. Therefore an additional experiment was conducted under natural
conditions in the field. Perch and roach were exposed to street light or
natural (control) conditions in a net cage for four weeks in August/September.
Concentrations of melatonin and sex steroids (17ß-estradiol and
11-ketotestosterone) were determined from blood samples and gene expression of
gonadotropins was measured from pituitary tissue. Levels of sex steroids and
gene expression of gonadotropins was significantly reduced in the light
treatment. The onset of the reproductive phase in perch as well as in roach is
around August, when the experiment took place. This is in accordance to
studies in other species, where a photo-labile phase was found around the
onset of the reproductive phase. Thus it is most likely, that discrepancies in
the effects of ALAN on reproduction between laboratory and field experiment
are related to temperature and season. In conclusion, light pollution has a
great potential to impact biological rhythms of fish. The suppression of the
melatonin rhythm can yield several adverse effects that are not studied so
far. Impacts on the immune system, growth and development as well as
behavioural traits can influence not only individuals but whole populations.
Impacts on reproduction and species specific differences in sensitivitiy to
ALAN may cause unnatural shifts of biological niches, affect predator prey
relationships and influence species communities and whole ecosystems.Licht ist eine elementare Voraussetzung für die Existenz des Lebens. Es dient
nicht nur als Energiequelle, sondern stellt auch eine wichtige Information für
Lebewesen dar, mit der circadiane und saisonale Rhythmen gesteuert werden. Der
natürliche Wechsel und die Länge von Tag und Nacht stellt die innere Uhr und
sorgt dafür, dass Verhaltensweisen und physiologische Prozesse mit der Tages-
und Jahreszeit synchronisiert werden. Die letzten Jahrzehnte zeichneten sich
durch eine tiefgreifende Veränderung der Nachtlandschaft aus, da ein
zunehmender Teil der Erdoberfläche in der Nacht künstlich beleuchtet wird.
Wissensdefizite gibt es vor allem bezüglich der ökologischen Auswirkungen auf
aquatische Ökosysteme, die oft stark von künstlichem Licht beeinflusst sind.
Bei Fischen unterliegen die meisten Vorgänge einer tages- oder
jahreszeitlichen Rhythmik. Künstliches Licht in der Nacht kann in diese
Vorgänge eingreifen, indem es die Grenze zwischen Tag und Nacht verwischt. Bei
Fischen ist es hauptsächlich das Pinealorgan im Gehirn, das Lichtsignale in
rhythmische Hormonsignale umwandelt und sie dem Blutkreislauf zuführt. Das
betreffende Hormon, Melatonin, wird hauptsächlich in der Nacht produziert, am
Tage sind die Konzentrationen gering. Auf diese Weise reflektiert der
Melatoninrhythmus immer die vorherrschende Photoperiode und versorgt den Fisch
konstant mit Informationen über die Tages- und Jahreszeit. Licht in der Nacht
unterdrückt den nächtlichen Anstieg des Melatoninspiegels und kann somit
Prozesse beeinflussen, die diesem Rhythmus folgen, unter anderem auch
saisonale Prozesse wie die Fortpflanzung. Ziel dieser Arbeit war es, die
Auswirkungen von künstlichem Licht in der Nacht auf den Melatoninrhythmus, die
Stressantwort (Cortisol) und Parameter der Fortpflanzung von zwei in
europäischen Gewässern weit verbreiteten Fischarten zu bewerten. In
Laborversuchen wurden hierzu Flussbarsche (Perca fluviatilis) und Plötzen
(Rutilus rutilus) vier verschiedenen nächtlichen Lichtintensitäten ausgesetzt,
0 lx (Kontrolle), 1 lx (potenzielle Lichtverschmutzung in urbanen Gewässern),
10 lx (nächtliche Straßenbeleuchtung) und 100 lx (Positivkontrolle, starke
Straßenbeleuchtung). Die Melatonin- und Cortisolkonzentrationen wurden aus
Wasserproben bestimmt, die über einen Zeitraum von 24 Stunden alle drei
Stunden aus den Fischbecken entnommen wurden. Die Genexpressionsraten zweier
wichtiger Fortpflanzungshormone, der sogenannten Gonadotropine
(follikelstimulierendes Hormon und luteinisierendes Hormon), wurden mittels
qPCR aus dem Hypophysengewebe der Fische bestimmt. In einem weiteren
Experiment wurde der Einfluss von verschiedenen Lichtfarben (blau, grün, rot)
geringer Lichtintensitäten in der Nacht auf den Melatonin- und
Cortisolrhythmus und die Genexpressionsrate der Gonadotropine untersucht. Dies
hatte zum Ziel, die spektrale Empfindlichkeit der biologischen Rhythmen für
beide Arten zu ermitteln. Die Laborstudien ergaben, dass der Melatoninrhythmus
bei Barsch und Plötze bereits bei der geringsten Intensität weißen Lichts
unterdrückt wird. Bei allen getesteten Lichtintensitäten war die nächtliche
Melatoninkonzentration im Haltungswasser der Fische signifikant reduziert. Bei
Barschen und Plötzen der 1 lux-Behandlungsgruppe konnte jedoch ein sichtbarer
Anstieg der nächtlichen Melatoninkonzentration beobachtet werden. Diese
Ergebnisse weisen darauf hin, dass der Schwellenwert der Melatoninsuppression
für diese Spezies unter einem Lux liegen muss. Die nächtliche Beleuchtung mit
Licht unterschiedlicher Wellenlängen führte zu ähnlichen Ergebnissen. Sowohl
beim Barsch, als auch bei der Plötze wurde die Melatoninproduktion von allen
drei Lichtfarben im Vergleich zur Kontrollgruppe unterdrückt. Bei der Plötze
konnte dabei kein Einfluss der Lichtfarbe festgestellt werden, beim Barsch
hingegen war die nächtliche Melatoninsuppression bei blauem Licht signifikant
geringer ausgeprägt. Demnach scheint der biologische Rhythmus von Plötzen
empfindlicher auf künstliches Licht in der Nacht zu reagieren, als der von
Barschen. Die Cortisolkonzentrationen wurden bei Barschen von keiner der
nächtlichen Lichtbehandlungen beeinflusst. Lichtverschmutzung stellt demnach
keinen messbaren Stressor dar. Die Genexpressionsraten der Gonadotropine
wurden nur beim Barsch im Lichtintensitäts-Experiment unterdrückt. Dieses
Experiment wurde mit einer Photoperiode durchgeführt, die die natürlichen
Lichtbedingungen im Oktober simuliert. Künstliches Licht in der Nacht im
simulierten September und Dezember hatte keinen Einfluss auf die getesteten
Reproduktionsparameter. Diese Ergebnisse legen die Existenz einer photolabilen
Phase nahe, in der die Reproduktion von Fischen besonders sensitiv auf Licht
in der Nacht reagiert. Laborexperimente bilden die natürliche Umgebung jedoch
meist nicht ausreichend ab. Um die oben genannten Effekte auf das Licht
zurückzuführen, wurde zum Beispiel die Temperatur in diesen Experimenten
konstant gehalten. Die Temperatur ist jedoch ebenfalls ein wichtiger Parameter
für die zeitliche Regulierung von Fortpflanzungsereignissen. Aus diesem Grund
wurden weitere Untersuchungen in Form von Freilandexperimenten durchgeführt,
bei denen Barsche und Plötzen 4 Wochen lang während der Monate August und
September in Netzkäfigen gehalten wurden. Ein Teil der Versuchsfische wurde
dabei nachts jeweils künstlicher Straßenbeleuchtung ausgesetzt, die
Kontrollgruppe hingegen unter natürlichen Verhältnissen gehalten. Die
Konzentrationen von Melatonin und den Sexualsteroiden 17ß-Estradiol und
11-Ketotestosteron wurden aus dem Blut und die Genexpressionrate der
Gonadotropine aus dem Hypophysengewebe der Fische bestimmt. Die Sexualsteroid-
Konzentrationen und die Expression der Gonadotropine waren bei den in der
Nacht künstlich beleuchteten Fischen signifikant herabgesetzt. Bei Barsch und
Plötze beginnt die Vorbereitungsphase der Reproduktion üblicherweise im
August. Die Ergebnisse dieses Experiments entsprechen Studien mit anderen
Fischarten, bei denen eine photolabile Phase zu Beginn der
Fortpflanzungsperiode nachgewiesen wurde. Daher ist es sehr wahrscheinlich,
dass Diskrepanzen zwischen Labor- und Feldexperimenten mit den
unterschiedlichen Temperaturbedingungen während der Versuchszeit
zusammenhängen. Zusammenfassend ist festzustellen, dass Lichtverschmutzung
sehr wahrscheinlich biologische Rhythmen von Fischen beeinflusst. Die
Unterdrückung des Melatoninrhythmus kann dabei verschiedenste negative
Auswirkungen haben, die bis jetzt noch nicht ausreichend untersucht sind. So
könnten Auswirkungen auf Immunsystem, Wachstum und Entwicklung, aber auch auf
Verhaltensweisen, nicht nur einzelne Fische, sondern ganze Populationen
beeinflussen. Potentielle artspezifische Unterschiede in der Empfindlichkeit
gegenüber künstlichem Licht in der Nacht und die damit einhergehenden
Auswirkungen auf die Reproduktionsbiologie der Fische könnten zu Verlagerungen
von biologischen Nischen führen, Räuber-Beute-Beziehungen beeinflussen und
sich auf Artgemeinschaften und ganze Ökosysteme auswirken
Influence of artificially induced light pollution on the hormone system of two common fish species, perch and roach, in a rural habitat
Almost all life on earth has adapted to natural cycles of light and dark by evolving circadian and circannual rhythms to synchronize behavioural and physiological processes with the environment. Artificial light at night (ALAN) is suspected to interfere with these rhythms. In this study we examined the influence of ALAN on nocturnal melatonin and sex steroid blood concentrations and mRNA expression of gonadotropins in the pituitary of European perch (Perca fluviatilis) and roach (Rutilus rutilus). In a rural experimental setting, fish were held in net cages in drainage channels experiencing either additional ALAN of ~15 lx at the water surface or natural light conditions at half-moon. No differences in melatonin concentrations between ALAN and natural conditions were detected. However, blood concentration of sex steroids (17β-estradiol; 11-ketotestosterone) as well as mRNA expression of gonadotropins (luteinizing hormone, follicle stimulating hormone) was reduced in both fish species. We conclude that ALAN can disturb biological rhythms in fish in urban waters. However, impacts on melatonin rhythm might have been blurred by individual differences, sampling methods and moonlight. The effect of ALAN on biomarkers of reproduction suggests a photo-labile period around the onset of gonadogenesis, including the experimental period (August). Light pollution therefore has a great potential to influence crucial life history traits with unpredictable outcome for fish population dynamics
Influence of light intensity and spectral composition of artificial light at night on melatonin rhythm and mRNA expression of gonadotropins in roach Rutilus rutilus
In this study we investigated the influence of artificial light at night (ALAN) of different intensities (0, 1, 10, 100 lx) and different colours (blue, green, red) on the daily melatonin rhythm and mRNA expression of gonadotropins in roach Rutilus rutilus, a ubiquitous cyprinid, which occur in standing and moderately flowing freshwater habitats of central Europe. Melatonin concentrations were significantly lowered under nocturnal white light already at 1 lx. Low intensity blue, green and red ALAN lowered the melatonin levels significantly in comparison to a dark control. We conclude that ALAN can disturb melatonin rhythms in roach at very low intensities and at different wavelengths and thus light pollution in urban waters has the potential to impact biological rhythms in fish. However, mRNA expression of gonadotropins was not affected by ALAN during the period of the experiments. Thus, suspected implications of ALAN on reproduction of roach could not be substantiated
Proceedings in Marine Biology
“Proceedings in Marine Biology” is an international journal publishing original research by graduate students on all aspects of marine biology. Subjects covered include: ecological surveys and population studies of oceanic, coastal and shore communities; physiology and experimental biology; taxonomy, morphology and life history of marine animals and plants. Papers are also published on techniques em- ployed at sea for sampling, recording, capture and observation of marine organisms.Zeitschrift zur Kursabschlussreise der Humboldt-Universität zu Berlin (Deutschland) im Bereich Elektronenmikroskopie.Peer Reviewe