REBORN

Süßwasserökosysteme sind besonders von globalen Veränderungen betroffen, die ihre ökologische Nachhaltigkeit und die Dienstleistungen für den Menschen (Fischerei, Trinkwasser, Freizeitaktivitäten) gefährden. Es ist sehr schwierig vorherzusagen, wie sich das Verhalten aquatischer Populationen auf Umweltstressoren auswirkt und erfordert deswegen Maßnahmen, die darauf abzielen, die Auswirkungen globaler Veränderungen auf Süßwasserökosysteme zu verstehen und schließlich zu minimieren. Aufgrund methodischer Einschränkungen haben sich die meisten Süßwasserstudien jedoch auf kurzfristige Reaktionen von Tieren auf Umweltstress konzentriert. Obwohl dieser Ansatz für die Charakterisierung direkter Reaktionen von Organismen auf Stress von großem Nutzen ist, ermöglicht er keine Vorhersage ihrer Anpassungsfähigkeiten an Umweltveränderungen, was die Etablierung langfristiger Managementstrategien erschwert. In diesem Forschungsprojekt wollen wir das Verhalten von Zooplanktonarten (Schlüsselorganismen für aquatische Nahrungsnetze) auf zwei Hauptfaktoren von globalen Veränderungen untersuchen: Temperatur und Nährstoffeintrag. Ein wichtiger Teil des Projekts wird sich auf die Gattung Daphnia (Wasserfloh) konzentrieren, die Dauereier produziert, die in Seesedimenten jahrzehntelang lebensfähig bleiben können. Indem wir Dauereier aus verschiedenen Schichten von Sedimentkernen entnehmen, werden wir Individuen mit unterschiedlichem genetischem Hintergrund wiederbeleben, der die in den letzten Jahrzehnten in Seen vorhandenen Populationen widerspiegelt. Die wieder zum Leben gebrachen Populationen werden natürlichen Veränderungen der Temperatur und des Nährstoffeintrags ausgesetzt, um die langfristige Entwicklung der Widerstandsfähigkeit der Populationen zu untersuchen. Wir werden insbesondere überprüfen, wie die individuelle Wachstumsrate durch zwei wesentliche biologische Prozesse beeinflusst wird; i) die Stoffwechselrate im Ruhezustand, die die minimale Energie widerspiegelt, die zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen erforderlich ist und durch die Umgebungstemperatur stark eingeschränkt wird, und; ii) die Fähigkeit, mehrfach ungesättigte Fettsäuren zu synthetisieren, also essentielle Nahrungsverbindungen, deren Verfügbarkeit stark von der Nährstoffzufuhr in Seen abhängt. Auf diese Weise werden wir in der Lage sein, die Evolutionsdynamik dieser biologischen Merkmale bei Zooplanktonarten zu modellieren, die Umwelteinschränkungen unterliegen, und solche Evolutionsprozesse in Modelle zu integrieren, die Reaktionen von Tieren auf globale Veränderungen vorhersagen können. Durch die Kombination unserer Ergebnisse zu Evolutionsprozessen und den Reaktionen aktueller Populationen werden wir ein Modell erstellen, das die weitere Populationsdynamik unter verschiedenen Szenarien des globalen Wandels vorhersagt. Schließlich zielt unter zu erstellendes Modell darauf ab angemessene Managementrichtlinien zu entwickeln, um Süßwassersysteme über längere Zeiträume zu erhalten.

Das Projekt konzentrierte sich auf die evolutionäre Anpassung der Stoffwechselrate von Zooplankton in Bezug auf Umweltbedingungen. Durch die Anwendung von Methoden der "Resurrection Ecology", bei denen Ruhestadien von Daphnia magna aus bis zu 40 Jahre alten Sedimenten ausgebrütet wurden, konnten wir die physiologischen Reaktionen verschiedener klonaler Linien und Populationen (sowohl rezente als auch historische) auf unterschiedliche Temperaturbedingungen vergleichen. Dabei konnten wir zeigen, dass evolutionäre Anpassungen in natürlichen Populationen nicht immer den Vorhersagen entsprechen, wonach sich die Ruhestoffwechselrate mit steigender Temperatur verringern sollte. Wir zeigten, dass solche Unterschiede in der evolutionären Anpassung entstehen können, weil die Evolution nicht nur durch den allmählichen Temperaturanstieg beeinflusst wird, sondern auch durch extreme Ereignisse wie Hitzewellen, die hohe Mortalitätsraten verursachen und somit starke Selektionsbedingungen schaffen können. Parallel dazu konnten wir zeigen, dass trotz Veränderungen in der Ruhestoffwechselrate die thermische Anpassung stark durch die Energieeffizenz der Organismen vermittelt wird. Diese Effizienz in der Energienutzung kann die Auswirkungen von temperaturbedingten Schwankungen der Stoffwechselrate abschwächen.