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Biologie und Ökologie von Daphnia Grundkurs Ökologie SS 2006 Anja Schanz, LB Uni Bremen, AWI Wattenmeerstation Sylt (verändert u. ergänzt nach U. Berger.

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1 Biologie und Ökologie von Daphnia Grundkurs Ökologie SS 2006 Anja Schanz, LB Uni Bremen, AWI Wattenmeerstation Sylt (verändert u. ergänzt nach U. Berger SS 2005)

2 Stamm: Arthropoda (Gliederfüßer), 1 Million Arten Klasse: Crustacea (Krebse), Arten U.-Klasse: Phyllopoda (Blattfußkrebse) > 1000 Arten Ordnung: Onychura (Krallenschwänze) U.-Ordnung: Cladocera (Wasserflöhe) 650 Arten Gattung: Daphnia Art: D. magna, pulex Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) Systematische Stellung

3 Verbreitung: weltweit (Kosmopoliten) Süßwasser (selten Brackwasser) Lebensdauer: Tage Größe der Daphnien: 0,03 bis 5 mm Komplexauge Körper von einer zweiklappigen Schale umschlossen Chitinpanzer kann nicht wachsen (Häutung) Filtrierer (Bakterien, Phytoplankton, Zooplankton) und Räuber Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) Allgemeines D. pulex

4 Merkmale von Daphnia (Cladocera, Wasserflöhe) Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) Stark entwickeltes 2. Antennenpaar (1. Antennenpaar reduziert ) 2 Furcalkrallen (Onychura) Subitaneier (Jungferneier) Zyklomorphose (Jahreszeitlicher Gestaltwechsel) Fortpflanzung: Heterogenie (Wechsel zwischen ein- und zwei- geschlechtlicher Vermehrung) Typisch für Daphnia: Ephippium (Diapause) Furcalkrallen 2. Antenne

5 Bild q uelle: Antenne (A2 Ruderantennen/ Fortbewegung) 2 Komplexauge 3 Mitteldarmvertikel 4 Darm (beginnt am Mund, bogenförmig) 5 Herz 6 Naupliusauge (Nebenauge) 7 1. Antenne (A1 - Chemorezeptoren) 8 Thorakopoden (Blattfüße)(Filtration) 9 Carapax (zweiklappig) 10 Krallen (Furca) 11 After vor der Furca 12 Brutraum 13 Abdomen 14 Ruderborste 15 Stachel 16 Ovarium (Eierstock) 17 Filterborsten 18 Kiemensäckchen Anatomie: Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

6 Nahrungsaufnahme: 5 Beinpaare (Blattfüße) zum Nahrungserwerb und zur Atmung (Sauerstoffaufnahme auch über gesamte Körperoberfläche) Wasser wird durch Öffnung auf Ventralseite des Carapax eingestrudelt (Ansaugen) Borstenränder (Filterkämme) filtern kleinste tierische und pflanzliche Organismen (Auspressen) (Größenselektion) Durch Bauchrinne wird die Nahrung zum Mund befördert, wo sie durch den Schlund (Oesophagus) aufgenommen wird Bild von: Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) Wasserstrom (Ansaugen) Partikelstrom (Auspressen)

7 Nahrungsaufnahme: Phänotypische Plastizität: Adaptation der Filterfläche entsprechend Nahrungsangebot. (wichtig: kann nur während Häutung modifiziert werden) for Limnology.htm SEM Aufnahme der Filterorgane © MPI Plön Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

8 Lebensraum In stehenden Binnengewässern (Tümpel, Teiche bis tiefe Seen) Permanent gefüllte Wasserkörper Höchste Konzentrationen/Artenfülle in der Gewässervegetation (Ufergürteln) Als Plankton in der Wassersäule (hauptsächlich im oberen Drittel, nahe der algenreichen Wasseroberfläche), an Makrophyten angeheftet und/oder in Bodennähe eines Gewässers. Vorkommen abhängig von saisonaler Nahrungsverfügbarkeit Auch, vertikale Migration in Abhängigkeit von Jahreszeit (Phytoplanktonverfügbarkeit) und Vorkommen von Räubern (Tag- Nachtwanderungen) Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

9 Physikalische Anforderungen: Salinität - Vornehmlich Süßwasser, - Wenige Brackwasserarten (bis 4 ppt) Sauerstoff - Tolerant (gelöster O 2 kann von 0 bis starke Übersättigung variieren) - Überleben a.G. Fähigkeit der Hämoglobinsynthese (unterstützt von hohen T) - Intolerant gegenüber feinen Luftbläschen (aufsteigende Luftblasensäule kann Daphnien töten) pH & Ammonium - pH zwischen 6.5 and Hoher Ammoniumgehalt + hoher pH: drastische Reduktion der Reproduktion (aber keine direkte Beeinflussung der Gesundheit der lebenden Tiere) Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

10 Physikalische Anforderungen: Gelöste Mineralien & Schwermetalle - Cu Konz. ~ 0.01 ppm reduziert Bewegung - Zusätze von Salzen (z.B. Na 2 Co 3 [Soda], K (KOH) [Potassium], Mg, Ca): Immobilität, eventuell Tod - P Konz. 1.0 ppm tödlich für Juvenile (aber: Daphnia magna resistent bis 5-7 ppm) - Extreme sensitiv to Metallionen: (Cu 2+, Zn 2+, Pestizide, Reinigungsmittel, Bleichmittel, gelöste Toxine, kontaminiertes Abwasser) Temperatur - Weiter Toleranzbereich (5-31 °C) - T opt (Daphnia magna) = °C Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

11 akute Toxizitätstests: z.B. Pb, Cd, Zn, Cu Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

12 Heterogenie Parthenogenese (Jungfernzeugung) Fähigkeit der Selbst-Verdoppelung (asexuelle Reproduktion) (Nachkommen genetisch identisch mit Muttertier (Klone) Unbefruchtete Eier im Brutraum, Jungtiere schlüpfen nach 3 Tagen Nachkommen alle weiblich Änderung der Fortpflanzungsstrategie (sexuell) bei schlechteren Umweltbedingungen (z.B. Wintereinbruch) Eier aus denen Männchen schlüpfen und Befruchtungsbedürftige Dauereier Nach der Befruchtung bildet sich auf dem Rücken des Weibchens ein sattelförmiges Gebilde (Ephippium); enthält zwei befruchtete Eier)

13 Parthenogenese (Jungfernzeugung) Ephippien (Diapause) 1-2 Latenzeier Nahrungsmangel, Überbevölkerung, niedrige Temperatur Im Mittel 4 – 22 Eier, 25 Mal pro Lebenszeit Reproduktionsstrategie (Heterogenie) Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) asexuell sexuell

14 Dauereier (Diapause) Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) Dauereier im Ephippium sind: Extrem resistent gegen schlechte Umweltbedingungen (Überwinterung) (Frost, Austrocknung) Können Jahrzehnte im Sediment ohne Sauerstoff überleben, bevor aus ihnen Weibchen schlüpfen Versicherung gegen Katastrophen in der Wasersäule (Datenbank) Verschleppung durch Wassergeflügel

15 Resultierende Populationsdynamik: Dichtepeak im Frühjahr Abnahme der Daphnienzahl während Klarwasserphase Manchmal Herbstpeak der Populationsdichte Saisonale Muster auch in life-history Parametern Threkheld (1987): hohe Geburtenraten im Frühjahr Abnahme in Klarwasserphase Individuen größer bei erster Reproduktion, reduziert im Saisonverlauf Steuernde Faktoren der Populationsdynamik (Sommer et al., 1986): Futterbedingungen, Temperatur Räuberdruck: top down Kontrolle Quantifizierung der einzelnen Faktoren a. H. empirischer Daten schwierig, da sie nicht direkt meßbar sind im Feld. Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) Steuerfaktoren und Regulationsmechanismen

16 Anpassungsstrategien an Räuberdruck (bestimmt durch Infochemikalien) - Änderung der Morphologie im Jahresverlauf oder bei Anwesenheit von Räubern (Zyklomorphose) siehe auch Vortrag R. Saborowski) Daphnia Cladocera (Wasserflöhe) - Änderung in life-history (z.B. Individuengröße bei erster Reproduktion verringert sich) - Refugiennutzung (Vertikalwanderung) Nutzen: Minderung Räuberdruck Kosten: reduziertes Wachstum, geringere Reproduktion Sommer Winter Sommer

17 top down control (…) Mikroalgen, Flagellaten & Bakterien Kontrolliert Phytoplankton Biomasse & Artenzusammensetzung, Beeinflußt saisonale Sukzession Effekt auf mikrobakterielle Nahrungsketten Nährstoffe, DOC Fische, Invertebrate Räuber Trophische Stellung/ Ökologische Bedeutung Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

18 Ökologische Bedeutung positiv: Wichtiges Bindungsglied in Nahrungsketten Hauptnahrungsquelle für viele Fischarten (Stichlinge), Jungfische, kommerzielle Fischarten (Lachs) sowie Amphibien Nahrung für aquatische Insektenlarven und andere Invertebraten Aufnahme und Nutzbarmachung von Phytoplankton Bedeutung für den Menschen: Für Aquarianer: Futterquelle und zum Klären des Wassers (mögl. negative Auswirkung auf einzelne Arten durch Entnahme aus natürlichen Systemen) Toxizitätstests Bedeutung für Forschung (z.B. Paläolimnologie, Max Planck Institut Plön) (Populationsgenetische und evolutionsbiologische Fragen, genetische Variabilität,) ( negativ): Obwohl für aquatische Systeme von hoher Bedeutung, zeitweilige Limitierung der Populationsgröße anderer Organismen, durch Konkurrenz um Nahrung und Sauerstoff Daphnia Cladocera (Wasserflöhe)

19 Biologie und Ökologie von Daphnia Grundkurs Ökologie SS 2006


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