Temperatureffekte auf Lipide und Fitness in Daphnia

Aquatische Primärproduzenten synthetisieren essentielle Lipide und Fettsäuren, die folglich positiv auf somatisches Wachstum, Reproduktion und Überleben von Konsumenten wirken. Wechselwarme Organismen wie Algen, Zooplankton und Fische benötigen mehrfach ungesättigte Strukturlipide, um ihre Zellmembranen für physiologische Prozesse bei selbst tiefen Temperaturen elastisch und funktionell zu halten. Obwohl kürzlich erfolgte Forschung unser Wissen über die Retention von Fetten in verschiedenen aquatischen Taxa erweitert hat, wissen wir noch nicht, welche Effekte unterschiedliche Temperaturen auf a) die Lipidzusammensetzung der Zellmembranen von Algen und Zooplanktern, und b) somatisches Wachstum, Reproduktion und Überleben von Zooplankton haben. Wir beabsichtigen eine Reihe von Laborversuchen, um Temperatureffekte auf die Lipidzusammensetzung an der aquatischen Pflanzen-Tier Schnittstelle zu untersuchen sowie `life-history traits` des wichtigen Pflanzenfressers Daphnia zu verstehen. Die erste Versuchsreihe untersucht Temperatureffekte auf die Fettzusammensetzung verschiedener Primärproduzenten (Cryptophyta, Bacillariophyta, Chlorophyta). Fütterungsexperimente werden temperaturabhängige Regulierung der Fettsäurenzusammensetzung von Struktur und Speicherlipiden in Daphnia feststellen. In einem weiteren Schritt wird die Fähigkeit von Daphnia untersucht, auf unterschiedliche Temperaturen durch deren Enzymaktivität zu reagieren, um erforderliche Phospholipide zu formen und dadurch Temperaturstreß auf deren Zellmembranen aktiv zu entgegnen (Prinzip der `homeoviscous adaptation`). Folglich wird untersucht, wie somatisches Wachstum, Reproduktion und Überleben von Daphnia durch unterschiedliche Fettqualität und Temperatur beeinflußt werden. Diese Untersuchungsreihe verbindet Temperatur (externer Faktor) mit physiologischen Adaptationsstrategien (endogener Faktor) an der Basis der aquatischen Nahrungskette. Für dieses Forschungsprojekt werden `state-of-the-art` Methoden Verwendung finden, einschl. Zellmembran-spezifische Fettsäurenanalytik, Genexpression sowie Nukleinsäurenanalytik (als Indikator der Wachstumsbedingungen). Forschungsergebnisse dieser Untersuchungen werden entscheidende Beiträge liefern, um unser Wissen über Nährstoff- und Biomassendynamik an der Basis der aquatischen Nahrungskette zu erweitern und uns schliesslich ermöglichen, welche biochemische Qualität der aquatischen Nahurng bei unterschiedlichen Wassertemperaturen für Konsumten zu erwarten ist.

Dieses Projekt erforschte wie sich Kleinlebewesen im Wasser bei unterschiedlichen Wassertemperaturen und Nahrungszusammensetzungen entwickeln können und wie deren Fettzusammensetzung verändert wird. Diese Untersuchungen konnten nachweisen, dass sich Fette im Zooplankton (wichtiges Futter für Fische in Seen) bei kalten Temperaturen verändern und vor allem wichtige omega-3 Fettsäuren bevorzugt zurückbehalten. Wir konnten auch zeigen, dass das Zooplankton die Fette der Nahrung rasch aufnehmen und dadurch das Fettprofil verändert wird. Diese Erkenntnis hat bedeutende Auswirkungen auf die Folgekonsumenten wie etwa Fische. Im Gegensatz zu Algen als Hauptnahrung für Zooplankton, die wichtige omega-3 Fette vor allem bei tieferen Wassertemperaturen liefern, konnte terrestrischer Kohlenstoff, der durch vom Klimawandel vorhergesagte Starkregen häufiger und konzentrierter in die Gewässer kommt, als Futter für Zooplankton deren Wachstum bedeutend weniger fördern als Algen, die reich an Omega-3 Fettsäuren sind. In diesem Projekt konnte erstmals gezeigt werden, dass sich Omega-3 Fettsäuren in Copepoden (Hüpferlinge) vor allem bei niedrigen Wassertemperaturen anhäufen und selbst während einer Periode des Hungerns bestehen bleiben, während bloß deren Speicherfette aufgebraucht werden. Dieses Forschungsprojekt lieferte wichtige Erkenntnisse für die aquatische Nahrungsnetzforschung und zeigt, dass das Naturfutter von Fischen (zB. Zooplankton) geringere Omega-3 Fette liefern, was wiederum zu physiologischen Defiziten bei Fischen und letztlich bei Menschen führen kann.