Projektgruppen

8-3.1 | AQUATISCHE ORGANISMEN UND ÖKOSYSTEME

Zentrale wissenschaftliche Fragestellungen:
(1) In welchem Umfang beeinflusst multipler Stress in Folge des Klimawandels die Biodiversität und davon abhängige Ökosystemfunktionen?
(2) Können diese auf anthropogen verursachte Stressoren zurück gehenden Effekte ganz oder teilweise durch Anpassungen ausgewählter Schlüsselarten oder auf der Gemeinschaftsebene kompensiert werden?

Zentrale Hypothese:
Direkt wirkende Stressoren (veränderte Temperatur, Niederschläge) und indirekte Folgen des Klimawandels (Landnutzungswandel und veränderte biotische Interaktionen) interagieren miteinander und haben damit in Kombination einen anderen Einfluss auf Ökosysteme (Schlüsselarten, Gemeinschaften und Biodiversität) als die Betrachtung des Einflusses isolierter Stressoren erwarten lässt.

Methodischer Ansatz:
Die zentrale Hypothese wird experimentell mit Langzeitversuchen im Labor und unter Freilandbedingungen für Süßwassersysteme untersucht. Der Fokus liegt auf Veränderungen von Lebensgemeinschaften und möglichen physiologischen und genetischen Anpassungsmechanismen von ausgewählten Schlüsselarten. In den aquatischen Experimenten werden Versuchsreihen mit einheimischen und wärmeliebenden mediterranen Arten unter derzeitigen und für 2080 prognostizierten Klimabedingungen für Hessen durchgeführt werden, wobei biotische Stressoren und Agrarpestizide als Ko-Stressoren eingesetzt werden.

Untersuchte Organismen:
Neben Untersuchungen in Freiland-Mesokosmen werden Laborversuche mit ausgewählten Modellspezies durchgeführt (z.B. Chironomus riparius, Daphnia spec., Radix balthica). Dies sind repräsentative, heimische Arten und invasive Spezies, die mit diesen konkurrieren (z.B. Invertebraten: Chaoborus flavicans, Lumbriculus variegatus, Culex pipiens, Aëdes albopictus, Melanoides tuberculata, Physa fontinalis und Physella acuta; Makrophyten: Myriophyllum spicatum, Myriophyllum aquaticum).

Kurzbeschreibung des Forschungsvorhabens:
In Multigenerationsstudien werden die Effekte von Agrarpestiziden und biotischen Stressoren auf basale Lebenszyklus-Parameter, auf die genetische Variabilität und potenzielle genetische und physiologische Anpassungsmechanismen bei indigenen und invasiven aquatischen Organismen (Daphnien, Dipteren, Mollusken, Makrophyten, Phytoplankton) unter konstanten Temperaturregimen analysiert. Zusätzlich werden Räuber-Beute-Beziehungen oder direkte Konkurrenz zwischen Artenpaaren in den Versuchen abgebildet. Da einige Organismen zudem wichtige Vektoren für (Human-)Pathogene darstellen, werden Konkurrenz und andere Interaktionen von indigenen und invasiven Arten im Labor, im Halbfreiland sowie im Rhein-Main-Observatorium untersucht. Bereits etablierte Freilandmesokosmen in Deutschland und Portugal ermöglichen die Erfassung von Pestizideffekten auf komplexe Lebensgemeinschaften (u.a. Pilze).
In Kooperation mit dem Aninstitut gaiac der RWTH Aachen werden die Ergebnisse der Labor- und Mesokosmosstudien in Mikrohabitat-, Populations- und Biogeographie-Modellierungen eingehen. Auf diese Weise lassen sich Vorhersagen über die Biodiversität und Ökosystemdienstleistungen in der Zukunft ableiten, und es wird ein wesentlicher Beitrag für die Fortentwicklung des Risikobewertungskonzeptes von Umweltchemikalien in der EU geleistet.

Gesellschaftlich relevante Aspekte des Vorhabens:
Das Projekt wird wichtige Daten zu möglichen Auswirkungen der Interaktion von klimatischen und weiteren direkten wie indirekten Faktoren auf Gewässerökosysteme liefern: Welche Gefährdungen bzw. Schäden treten beim Ausfall einzelner ökosystemarer Leistungen auf? Dazu müssen sowohl etablierte Ansätze der Umweltrisikobeurteilung (z.B. aus dem Chemikalienrecht) als auch neuere Ansätze (qualitative bzw. quantitative Erfassung ökosystemarer Leistungen) berücksichtigt werden.

Team

Prof. Dr. Peter Ebke, Wissenschaftler
Dr. Matthias Oetken, Wissenschaftler
Dr. Daniel Stalter, Wissenschaftler
Aljoscha Kreß, Doktorand
Axel Magdeburg, Doktorand

Publikationen

Müller, R., Bandow, C., Seeland, A., Fennel, D., Coors, A., Ebke, P.K., Förster, B, Martinez-Arbizu, P., Moser, T., Oetken, M., Renz, J., Römbke, J., Schulz, N. & J. Oehlmann (2010) : BiKF AdaMus: a novel research project studying the response and adaptive potential of single species and communities to climate change in combination with other stressors. - Journal of Soils and Sediments 10(4): 718-721.

Müller, R., Seeland, A., Jagodzinski, L.S., Diogo, J.B., Nowak, C. & J. Oehlmann (2012) : Simulated climate change conditions unveil the toxic potential of the fungicide pyrimethanil on the midge Chironomus riparius: a multigeneration experiment. - Ecology and Evolution 2: 196-210.

Müller, R., Berghahn, R. & S. Hilt (2010) : Herbicide effects of metazachlor on duckweed (/Lemna minor/ and /Spirodela polyrhiza/) in test systems with different trophic status and complexity. Journal of Environmental Health and Science, Part B 45: 95-101.

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Müller, R., Desel, C., Steinhoff, F.S., Wiencke, C. & K. Bischof (2012) : UV-radiation and elevated temperatures induce formation of reactive oxygen species in gametophytes of cold-temperate/Arctic kelps (Laminariales, Phaeophyceae). - Phycological Research 60: 27-36.

Müller, R., Knautz, T., Völker, J., Kreß, A., Kuch, U. & J. Oehlmann (2013) : Appropriate larval food quality and quantity for Aedes albopictus (Diptera: Culicidae). - Journal of Medical Entomology 50: 668-673. 

Müller, R., Laepple, T., Bartsch, I. & C. Wiencke (2009) : Impact of oceanic warming on the distribution of seaweeds in polar and cold-temperate waters. - Botanica Marina, Special Issue Polar Benthic Algae 52: 617-638.

Nowak, C., Vogt, C., Pfenninger, M., Schwenk, K., Oehlmann, J., Streit, B. & M. Oetken (2009) : Rapid genetic erosion in pollutant-exposed experimental chironomid populations. - Environmental Pollution 157, 881-886.

Stegger, P., Ebke, K.-P. & J. Römbke (2011) : Boric acid as alternative reference substance for earthworm field tests. - Journal of Soils and Sediments 11: 330–335.

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