Nahrungstransfer von omega-3 Fettsäuren in Fliessgewässern

Die aktuelle Fließgewässerforschung wird stark vom etablierten River Continuum Concept beeinflusst. Dieses Konzept beschreibt, dass Flüsse im Oberlauf sehr schmal und meistens von einer dichten Ufervegetation gesäumt sind. Diese verhindert das Durchdringen von Sonnenlicht und damit die Produktion von organischem Material mittels Photosynthese im Gewässer, zugleich liefert sie jedoch große Mengen an pflanzlichem Material, das in den Fluss fällt. Diese Flussoberläufe sind wichtige Lebensräume für Süßwassersalmoniden, wie Forellen und Saiblinge, die ihrerseits reich an Omega-3-Fettsäuren sind. Das in den Flussoberläufen weitgehend terrestrische Material liefert den Fischen nur sehr geringe Mengen an Omega-3- Fettsäuren, welche diese aus physiologischen Gründen aber benötigen. Um das Rätsel der Herkunft essentieller Omega-3-Fettsäuren in Fischen aus diesen anscheinend unwirtlichen Lebensräumen zu lösen, untersucht dieses Forschungsprojekts, a) räumliche und saisonale Schwankungen des Nahrungsangebots, dessen Aufnahme von wirbellosen Tieren und Fischen und deren elementare und molekulare Zusammensetzung in prä-alpinen Flüssen (Ökosystem- Ansatz), b) die Wirkung unterschiedlicher Lichtbedingungen auf die Synthese und Aufnahme von Omega-3-Fettsäuren wirbelloser Tiere (experimenteller Ansatz), und c) die Fähigkeit der Süßwasserfische langkettige Omega-3-Fettsäuren zu synthetisieren (Untersuchung des Fettstoffwechsels in Fischen). Diese Forschung wird neue Methoden entwickeln und anwenden, wobei vor allem die experimentelle Anwendung von stabilen Isotopen und Fettsäuren als Biomarker zum Tragen kommt. Davon erwarten wir uns ein besseres Verständnis der Fähigkeit von Fischen zur Aufnahme essentieller Nährstoffe in ihren natürlichen Lebensräumen zu bekommen. Die Ergebnisse dieser Forschung werden somit maßgeblich zum Verständnis beitragen wie wirbellose Tiere und Fische in Bächen ihre Nährstoffe und hochwertigen Energieformen erlangen und behalten können. Zusammen mit einem internationalen Team von hochkarätigen Forschern wird dieses Projekt die Forschungsfelder der aquatischen Biofilme, Nahrungsnetze in Fließgewässern sowie deren trophische Biomarker zusammenführen und weiterentwickeln. Diese Forschung bietet hervorragende Ausbildungsmöglichkeiten für Studenten und junge Wissenschafter, um ein umfassenderes Verständnis von Nahrungstransfer und Lipiddynamik in wirbellosen Tieren und Fischen aus Fließgewässern zu bekommen.

Dieses Forschungsprojekt untersuchte die Fettzusammensetzung von Algen und Blätter in Flüssen und deren trophischen Transfer zu Insektenlarven und Fische. Das übergeordnete Ziel war zu verstehen, wie Insektenlarven und Fische schattiger Bäche ihre langkettigen mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) erhalten, die für ihre Zellmembranen, das somatische Wachstum und das Überleben essentiell sind. Die großen wissenschaftlichen Erkenntnisse aus diesem Forschungsprojekt sind: a) selbst in stark bewaldeten und lichtarmen Gewässern bilden stets Algen und nicht Laubblätter oder terrestrische Organismen die Hauptnahrungsmittel für Insektenlarven und Fische; b) Insekten und Fische können Nahrung teilweise aufwerten ("Trophic Upgrading"), wenn diese nicht den physiologischen Ansprüchen gerecht wird. Diese Erkenntnis konnte durch Verwendung einer neu entwickelten Methode ermöglicht werden: wir konnten komponenten-spezifische stabile Wasserstoff-Isotopen erstmals von Fettsäuren analysieren. Dieser wissenschaftliche Durchbruch ermöglicht nun die Dynamik von Fettsäuren in Organismen der aquatischen Nahrungskette besser zu verstehen und deren physiologische Veränderung in Tieren nachzuvollziehen. Dies wird durch größere isotopische Unterschiede der stabilen Wasserstoff- als Kohlenstoffisotopen in Fettsäuren unterschiedlicher Herkunft ermöglicht. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen dieses Projekts können wir eine vielversprechende neue Forschungsagenda für aquatische Nahrungsnetze eröffnen: Die Verwendung von stabilen Wasserstoff-Isotopen in Fettsäuren wird völlig neue Wege eröffnen, um unser Verständnis über Nahrungsenergie in aquatischen Ökosystemen zu erhöhen. Vor allem wird die weitere Verwendung von stabilen Wasserstoff-Isotopen von Fettsäuren in Zukunft immer wichtiger werden, da Fische zukünftig großen Veränderungen der Nahrungszusammensetzung ausgesetzt werden, die der gesunden Fischentwicklung oft entgegen wirken. Die Verwendung stabiler Wasserstoff-Isotopen von Fettsäuren wird vor allem zur Erforschung der Entwicklung von Nerven- und Reproduktionsgewebe in Fischen in Zeiten des Klima- und Umweltwandel wichtig werden. Aus diesem Projekt resultierten 10 publizierte Forschungsarbeiten, die insgesamt gemeinsam mit einem MSc-Studenten, einer Doktorandin und 1 Postdoktorandin entstanden.