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Reichwaldt, Elke S. (2004): The effects of diel vertical migration of Daphnia on zooplankton-phytoplankton interactions: laboratory and field experiments. Dissertation, LMU München: Faculty of Biology
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Abstract

Zooplankton populations which perform diel vertical migration (DVM) only spend the night in surface water layers but migrate downwards into the lower water layers during the day. The intention of this study was to investigate effects of DVM of Daphnia on phytoplankton dynamics and Daphnia life history parameters in a lake. I conducted field and laboratory experiments in which I compared ‘migration’ with ‘no-migration’ situations. It is generally assumed that phytoplankton communities in the epilimnion of stratified lakes profit from the presence of DVM. This might be caused by less grazing due to intermittent grazing and/or less grazing due to lower population densities of migrating Daphnia populations (as they migrate into the colder, lower hypolimnion during the day which leads to a lower temperature-dependent population growth). In a first laboratory experiment I showed that an enhanced phytoplankton biomass could develop under a migration regime solely due to intermittent grazing. I further showed that edible phytoplankton species with higher intrinsic growth rates benefited more from intermittent grazing than edible species with lower intrinsic growth rates. Field experiments also indicated that phytoplankton biomass in the epilimnion was higher when subject to a migrating zooplankton population and that additionally different phytoplankton community compositions arose from different migration regimes (‘migration’/’no-migration’). For example edible algae were at an advantage when zooplankton migrated, whereas large, inedible algae species had an advantage when zooplankton populations did not migrate. In an additional laboratory experiment I also showed that these changes in phytoplankton composition had strong feedback effects on life history parameters of daphnids and that food conditions experienced by migrating daphnids were advantageous. In a further laboratory experiment I exposed two Daphnia species to either constant or regularly changing temperature regimes to study whether a fluctuating temperature regime – as experienced by migrating daphnids – implies costs for daphnids. Somatic growth rates of juvenile Daphnia in the regularly changing temperature regime were almost as low as under constant low temperature conditions indicating that a regular change in temperature involves high costs. The results of my study indicate that DVM has a strong modulating effect on zooplankton-phytoplankton interactions in a lake.

Abstract

Zooplankter, die eine tagesperiodischen Vertikalwanderung (TPV) durchführen halten sich nur nachts in der Oberflächenschicht der Gewässer auf, den Tag dagegen verbringen sie in tieferen Schichten. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit den Auswirkungen der TPV von Daphnien auf Phytoplanktondynamiken und Populationsparameter der Daphnien. Dazu führte ich sowohl Freiland- als auch Laborversuche durch, in denen ich jeweils ‘Migrations-’ mit ‘Nicht-Migrations-’ Ansätzen verglich. Es wird generell angenommen, dass Phytoplanktongemeinschaften in den Epilimnien von geschichteten Seen der gemäßigten Zone von einer TPV profitieren können. Das kann durch zwei Mechanismen hervorgerufen werden: Erstens durch einen zeitlich gepulsten Fraßdruck (Grazing nur nachts), und zweitens durch einen geringeren Fraßdruck, hervorgerufen durch die meist geringere Dichte wandernder Zooplanktonpopulationen, da diese, bedingt durch die Wanderung tagsüber in die kalten, tiefergelegenen Wasserschichten, ein reduziertes Wachstum haben. In einem ersten Laborversuch konnte ich zeigen, dass allein durch einen zeitlich gepulsten, diskontinuierlichen Fraßdruck ein erhöhtes Algenwachstum entstehen konnte. Ich konnte weiterhin zeigen, dass fressbare Algenarten mit einer höheren intrinsischen Wachstumsrate einen größeren Vorteil von der TPV hatten als fressbare Arten mit einer niedrigeren Wachstumsrate. In Freilandexperimenten konnte ich zum einen ebenfalls zeigen, dass die Algenbiomasse bei Wanderung der Daphnien erhöht war, zum anderen konnte ich auch vom Wanderregime abhängige Veränderungen in der Phytoplanktongemeinschaft nachweisen. So hatten fressbare Phytoplanktonarten einen Vorteil von einer TPV, unfressbare Algenarten hatten dagegen einen Vorteil, wenn keine Wanderung stattfand. Ich konnte in einem weiteren Laborversuch zeigen, dass die oben genannten Veränderungen in der Phytoplanktondynamik starke rückwirkende Effekte auf Populationsparameter der Daphnien hatten. In einem weiteren Laborversuch setzte ich die Daphnien entweder konstanten, oder tageszeitenabhängig fluktuierenden Temperaturregimes aus. Dadurch untersuchte ich, ob eine sich zwei mal pro Tag ändernde Temperatur (wie Daphnien es bei einer Wanderung erleben) Kosten für Daphnien verursacht. Dabei war die somatische Wachstumsrate der juvenilen Daphnien bei einem fluktuierenden Temperaturregime fast genauso gering wie bei konstant tiefer Temperatur. Dies gibt Hinweise auf Kosten, die durch ein fluktuierendes Temperaturregime entstehen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine TPV von Daphnien starke, modulierende Auswirkungen auf Zooplankton-Phytoplankton Interaktionen hat.