Ressourcenlimitation bei Individuen und Populationen: Planktische Rotatorien als Modellorganismen.

In der vorliegenden Arbeit wurden die Auswirkungen von Ressourcenlimitation auf Konsumenten, am Beispiel planktischer Rotatorien und ihrer Futteralgen, untersucht. Ressourcenlimitation ist auf allen Ebenen der biologischen Hierarchie messbar. Auf der Ebene von Individuen hat sie einen Einfluss auf den Lebenszyklus, z.B. indem sie die Rahmenbedingungen fuer individuelle Reproduktion veraendert. Auf der Ebene von Populationen bestehen ihre Auswirkungen in einer Reduktion des Populationswachstums. Beide Ebenen wurden in dieser Arbeit betrachtet und es wurde ferner der Versuch unternommen, diese Ebenen durch ein mechanistisches Modell, ein auf Individuen basierendes Populationsmodell, miteinander zu verbinden.Inhaltsverzeichnis 1 ALLGEMEINE EINLEITUNG..................................................................................I 2 RESSOURCENLIMITATION BEI INDIVIDUEN: MECHANISMEN UND EVOLUTIONÄRE STRATEGIEN................................................................................... 4 2.1 EINLEITUNG ...........................................................................................................................4 2.2 MATERIAL UND METHODEN ..................................................................................................7 2.2.1 Mechanismus der Eireifung bei Rotatorien ..................................................................7 2.2.2 Kulturmethoden ............................................................................................................8 2.2.3 Messungen mit der Bildanalyse ....................................................................................8 2.2.4 Experimente ................................................................................................................10 2.2.4.1 Somatisches Wachstum und Ovariumwachstum bei juvenilen Synchaeta.............10 2.2.4.2 Ovariumwachstum bei adulten Synchaeta..............................................................10 2.2.4.3 Größendynamik des Ovariums im Hungerzustand.................................................11 2.2.4.4 Ovariumgröße und Hungertoleranz ........................................................................11 2.2.4.5 Lebenszyklus bei verschiedenen Futterkonzentrationen ........................................11 2.2.5 Messungen im Freiland...............................................................................................11 2.3 ERGEBNISSE........................................................................................................................13 2.3.1 Experimente ................................................................................................................13 2.3.1.1 Somatisches Wachstum und Ovariumwachstum bei juvenilen Synchaeta.............13 2.3.1.2 Ovariumwachstum bei adulten Synchaeta..............................................................14 2.3.1.3 Größendynamik des Ovariums im Hungerzustand.................................................16 2.3.1.4 Ovariumgröße und Hungertoleranz ........................................................................17 2.3.1.5 Lebenszyklus bei verschiedenen Futterkonzentrationen ........................................18 2.3.2 Messungen im Freiland...............................................................................................23 2.4 DISKUSSION .........................................................................................................................27 2.4.1 Die Ovariumgröße – ein Maß für die individuell verfügbare Energie........................27 2.4.2 Der Nachweis von Ressourcenlimitation bei Individuen im Freiland ........................29 2.4.3 Allokation der verfügbaren Energie: Eigrößen und Reproduktionsaufwand..............31 2.4.4 Kosten eines hohen Reproduktionsaufwands .............................................................34 2.4.5 Sind die für Synchaeta pectinata gefundenen Allokationsmuster Anpassungen an eine Umwelt mit stochastisch fluktuierenden Ressourcen?.............................................................35 3 RESSOURCENLIMITATION BEI POPULATIONEN: KONKURRENZ BEI VERSCHIEDENEN TEMPERATUREN ....................................................................... 38 3.1 EINLEITUNG .........................................................................................................................38 3.2 MATERIAL UND METHODEN ................................................................................................40 3.2.1 Populationswachstum bei verschiedenen Temperaturen ............................................40 3.2.2 Ingestionsraten bei verschiedenen Temperaturen .......................................................41 3.2.3 Hungertoleranz bei verschiedenen Temperaturen.......................................................42 3.2.4 Test auf allelopathische Effekte..................................................................................42 3.2.5 Theoretische Vorhersagen nach der mechanistischen Konkurrenztheorie .................43 3.2.6 Konkurrenzexperimente..............................................................................................44 3.2.6.1 Konkurrenzexperiment Nr.1...................................................................................45 3.2.6.2 Konkurrenzexperiment Nr.2...................................................................................45 3.3 ERGEBNISSE........................................................................................................................46 3.3.1 Populationswachstum bei verschiedenen Temperaturen ............................................46 3.3.2 Ingestionsraten bei verschiedenen Temperaturen .......................................................48 3.3.3 Hungertoleranz bei verschiedenen Temperaturen.......................................................50 3.3.4 Test auf allelopathische Effekte..................................................................................50 3.3.5 Theoretische Vorhersagen nach der mechanistischen Konkurrenztheorie .................51 3.3.6 Konkurrenzexperimente..............................................................................................53 3.3.6.1 Konkurrenzexperiment Nr.1..................................................................................53 3.3.6.2 Konkurrenzexperiment Nr.2...................................................................................54 3.3.6.3 Zyklische Schwankungen in den Eiraten (Konkurrenzexperiment Nr.2)..............57 3.4 DISKUSSION .........................................................................................................................59 3.4.1 Populationswachstum und Futterschwellen ................................................................59 3.4.2 Ressourcen-vermittelte "Einnischung" entlang eines Temperaturgradienten .............60 3.4.3 Konkurrenz bei verschiedenen Temperaturen ............................................................62 4 VON INDIVIDUEN ZU POPULATIONEN: EIN VERGLEICH DER VORHERSAGEN STRUKTURIERTER UND AGGREGIERTER POPULATIONSMODELLE............................................................................................ 67 4.1 EINLEITUNG .........................................................................................................................67 4.2 MATERIAL UND METHODEN ................................................................................................69 4.2.1 Theoretische Grundlagen zu strukturierten Populationsmodellen ..............................69 4.2.2 Aufbau des IBM..........................................................................................................72 4.2.3 Ableitung der Parameter für die Leslie-Matrix und das Monod-Model .....................76 4.2.4 Laborexperiment zu "Übergangssituationen" .............................................................77 4.3 ERGEBNISSE........................................................................................................................79 4.3.1 Eigenschaften des IBM (Theoretische Aspekte).........................................................79 4.3.2 Laborexperiment zu "Übergangssituationen" .............................................................81 4.4 DISKUSSION .........................................................................................................................85 4.4.1 Vergleich des Synchaeta-IBM mit anderen strukturierten Populationsmodellen .......85 4.4.2 Populationsdynamik in "Übergangssituationen".........................................................87 4.4.3 Fluktuationen in der Altersstruktur .............................................................................89 4.4.4 Dynamik von Populationen während Hungerperioden ...............................................92 4.4.5 Mögliche zukünftige Anwendung von "auf Individuen basierenden Populationsmodellen" ..............................................................................................................92 5 ZUSAMMENFASSUNG........................................................................................... 94 6 LITERATURVERZEICHNIS ................................................................................. 98 7 ANHANG ................................................................................................................. 106 7.1 AUF INDIVIDUEN BASIERENDES MODELL FÜR SYNCHAETA PECTINATA..............................106 7.2 PROGRAMM ZUR BERECHNUNG DER LESLIE-MATRIX.......................................................112 7.3 ZUFALLSZAHLEN-GENERATOR FÜR EXPERIMENT 4.2.4....................................................11