Stoffwechselphysiologische Reaktionen des Brachiopoden Magellania venosa aus der patagonischen Fjordregion auf verschiedene pH-Milieus vor dem Hintergrund der räumlichen Verteilung genetischer Varianz


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Juergen.Laudien [ at ] awi.de

Abstract

Der rezente Brachiopode Magellania venosa wurde das erste Mal 1789 von Solander beschrieben. Brachiopoden, speziell Magellania venosa sind bisher noch kaum erforscht. Diese Art ist in der patagonischen Fjordregion in einer Wassertiefe von < 15 m verbreitet. Im chilenischen Comaufjord (72°28`W, 42°20´S) kommt Magellania venosa teilweise massenhaft in Population von > 416 Individuen/m2 vor. Die Ursache für dieses Massenaufkommen ist derzeit noch unbekannt. In den Fjorden des patagonischen Fjordsystems ist Magellania venosa oft mit den Brachiopoden Terebratella dorsata (Gmelin) und Liothyrella uva. (Broderip), im Comaufjord jedoch öfter zusammen mit der Mytiliden Aulacomya atra vergesellschaftet. Im Comaufjord siedelt Magellania venosa auf vertikal abfallenden Hartsubstraten oder Überhängen. Weiterhin wächst Magellania venosa entlang eines natürlichen pHGradienten, mit pH-Werten von ca. 7,4 wie sie für kommende Jahrhunderte für das Südpolarmeer und den subantarktischen Parzifik von Orr et al. (2005) vorhergesagt werden. Der Comaufjord bietet daher, mit diesem natürlich auftretenden pH-Wertgradienten, die einzigartige Gelegenheit, stoffwechselphysiologische Reaktionen, wie das Wachstum und die Sauerstoffaufnahme des Brachiopoden Magellania venosa in der natürlichen Umwelt zu erforschen. In einem in vitro-Langzeitexperiment zeigten Wachstumsversuche, dass Magellania venosa, die in unterschiedlichen pH-Milieus (Kreislauf 1: pH-Wert: 8,04 ± 0,03; Kreislauf 2: 7,82 ± 0,03; Kreislauf 3: 7,66 ± 0,04 sowie Kreislauf 4: 7,44 ± 0,08) gehältert wurden, keine Unterschiede im Längen-, Breiten- oder Höhenwachstum aufwiesen. Generell war das Längen-, Breiten und Höhenwachstum von Magellania venosa über den Versuchszeitraum mit einer maximalen Zunahme von 0,09 cm sehr gering. Die Gründe hierfür liegen vermutlich an einer vermeidlich aufgetretenen Pilzinfektion, die die Brachiopoden in ihrer Fitness beinträchtigt haben könnte. Jedoch zeigte Magellania venosa bezüglich der Schalenlänge und der Struktur der neu angelegten Schale Unterschiede, wenn sie in unterschiedlichen pH-Milieus gehältert wurden. Je niedriger der pH-Wert, desto weniger Tiere zeigten überhaupt ein Längenwachstum der Schale. Weiterhin nimmt das Längenwachstum der Schale mit sinkendem pH-Wert stetig ab. Was darüber hinaus für die Beeinflussung des Schalenwachstums durch den pH-Wert und dem damit in Verbindung stehenden Aragonitsättigungswerten (�Ar) spricht, ist, dass die nachgewachsene Schale, in ihrer Struktur anders als die zuvor angelegte Schale aussah. Im niedrigsten der vier pH-Werte war die Wabenstruktur sehr unregelmäßig und zusätzlich durch größere Lücken zwischen den einzelnen Waben gekennzeichnet. Dies kann an der Untersättigung an Aragonit (�Ar < 1) in diesem Kreislauf gelegen haben, sodass die Brachiopoden nicht in der Lage waren ihre Schale in gleichem Maße wie ihre Artgenossen aus anderen pH-Milieus (�Ar > 1) aufzubauen. Die Ermittlung der Massenzunahme hat gezeigt, dass die Brachiopoden in allen vier pH-Milieus kaum an Masse zugenommen haben (maximal 0,09 g), was in Einklang mit den Untersuchungen zum Längenwachstum der Brachiopoden steht. Die Quantifizierung von Sauerstoffaufnahmeraten ergab, dass sich Magellania venosa nach einer Akklimatisationsphase mit höheren Sauerstoffaufnahmeraten in den niedrigeren pH-Milieus am Ende der Versuchszeit an die niedrigeren pH-Milleus angepasst hatte. Diese Anpassung zeigte sich in am Versuchsende auftretenden niedrigeren Sauerstoffaufnahmeraten. Die vorliegende Studie zeigte, dass sich der rezente Brachiopode Magellania venosa möglicherweise bezüglich des Wachstums sowie bezüglich der Struktur neu angelegter Schale schwankenden und sich verändernden Umweltparametern nicht optimal angepasst zu haben scheint. Jedoch scheint sich Magellania venosa bezüglich der Sauerstoffaufnahmeraten an die sich verändernden Umweltparameter anpassen zu können. Ein Überleben von Magellania venosa könnte mit den zukünftigen Veränderungen der Meerwasserparameter möglich sein, jedoch können stoffwechselphysiologische Prozesse, wie z.B. Wachstum und Respiration in niedrigeren pH-Milieus nicht mehr im gleichen Umfang durchgeführt werden wie bei höheren pH-Milieus. Bezüglich der genetischen Untersuchungen lässt sich nicht einwandfrei feststellen, ob es sich bei der im Pitipalenafjord gefundenen zweiten schalenmorphologisch veränderten Art wirklich um Magellania venosa handelt. Die molekularbiologischen Untersuchungen wurden in der vorliegenden Studie nur mit einem mitochondriellen Marker durchgeführt, wobei diese Ergebnisse keine Unterschiede zwischen den beiden Morphotypen zeigten. Jedoch liegt das Gen für die Schalenmorphologie vermutlich im Nukleus, sodass sich anhand der untersuchten mitochondriellen DNA nicht ganz ausschließen, dass es sich um eine andere Brachiopodenart handelt. Die genetischen Untersuchungen des Brachiopoden Magellania venosa von den sieben verschiedenen Sammelstationen im Comau-, Renihue- und Pitipalenfjord ergaben, dass in allen drei Fjorden zwei große Gruppen von Haplotypen auftreten, die jedoch relativ gleichmäßig auf die verschiedenen Sammelorte verteilt sind. Dies könnte durch die während des letzten glazialen Maximums aufgetretene Bedeckung des patagonischen Fjordsystems mit Gletschern erklärt werden. Jedoch sind weitere genetische Analysen, wie z.B. mit nukleären Markern oder Mikrosatelliten notwendig, um diese Hypothese zu bestätigen.



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Thesis (Diplom)
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Primary Division
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Published
Eprint ID
37035
Cite as
Hörner, N. (2014): Stoffwechselphysiologische Reaktionen des Brachiopoden Magellania venosa aus der patagonischen Fjordregion auf verschiedene pH-Milieus vor dem Hintergrund der räumlichen Verteilung genetischer Varianz , Diplom thesis, Universtität Mainz, Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- u. Meeresforschung.


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