Marine Ökologie

 

 

Was ist GAME?

GAME (Globaler Ansatz durch Modulare Experimente) ist ein internationales Forschungs- und Ausbildungsprogramm in der Meeresökologie. Es wurde 2002 am damaligen Vorgängerinstitut des GEOMAR gegründet und ermöglicht es jungen Wissenschaftlern die Auswirkungen des Globalen Wandels auf Küstenmeere zu untersuchen. Bei GAME geschieht dies auf eine sehr umfassende Weise: alle Fragestellungen werden vergleichend über geographische und klimatische Grenzen hinweg untersucht. Hierzu werden jedes Jahr - zu einem bestimmten Thema - zeitgleich identische Experimente an bis zu 10 Standorten weltweit durchgeführt. Dieser modulare Ansatz, der in der Meeresforschung bislang einzigartig ist, führt zu besonders aussagekräftigen Forschungsergebnissen. Denn die gewonnenen Daten beschränken sich nicht nur auf ein einziges Ökosystem, sondern zeichnen ein allgemeines Bild – von den Tropen bis in die hohen Breiten. Um dies zu ermöglichen, kooperiert GAME mit 35 Meeresforschungsinstituten in 26 Ländern auf 6 Kontinenten. Dieses Netzwerk erlaubt aber nicht nur die modulare Forschung, sondern bereitet auch Studierende auf das wissenschaftliche Arbeiten im Ausland vor. Hierfür hat GAME ein besonderes Teamkonzept entwickelt, bei dem jeweils ein deutscher Teilnehmer eng mit einem ausländischen zusammenarbeitet. GAME verbindet so die wissenschaftliche Ausbildung mit einer intensiven kulturellen und sozialen Erfahrung.

GAME-Projekte

Hier sind alle GAME-Projekte in der Übersicht dargestellt. Ab 2012 gibt es zu jedem Projekt einen Abschlussbericht in deutscher Sprache, der als PDF heruntergeladen werden kann. Auf www.oceanblogs.org gibt es außerdem Blogs der Teams aus den verschiedenen Projektjahren.

GAME XVI Wie beeinflusst die globale Erwärmung chemische Kommunikationsprozesse im Meer?

Chemische Kommunikation im Meer umfasst beispielsweise die wechselseitige Erkennung von Beutetieren und Räubern bzw. von Makroalgen und Herbivoren. Auch viele Partner- und Habitatsfindungsprozesse, sowohl bei Invertebraten als auch bei Vertebraten, haben eine chemische Basis. Obwohl das Thema chemisch ausgerichtet ist, werden wir keine (oder nur wenige) chemische Analysen durchführen. Auch bei diesem Projekt werden die experimentellen Arbeiten im Vordergrund stehen. Es wird sich dabei in der Hauptsache um Wahlversuche mit Makroinvertebraten handeln. Mit diesen soll getestet werden, ob sich die Art und die Geschwindigkeit einer Reaktion auf einen chemischen Reiz mit der Umgebungstemperatur ändert bzw. ob die Stärke eines Reizes mit steigender Temperatur zu- oder abnimmt. Hier geht's zum Bewerbungsformular.

GAME XV - Beeinflusst die Ozeanerwärmung das Wechselspiel zwischen Makroalgen und ihren Fraßfeinden?

März bis Dezember 2017

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GAME XIV - Gibt es interaktive Effekte von Wärmestress und Mikroplastikverschmutzung auf benthische Filtrierer?

März bis Dezember 2016

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GAME XIII - Ozeanerwärmung: Ändert sich die Toleranz von Seeanemonen gegenüber Hitzestress mit der geographischen Breite?

März bis Dezember 2015

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GAME XII - Beeinträchtigt Mikroplastik die physiologische Leistungsfähigkeit benthischer Filtrierern und Depositfresser?

März bis Dezember 2014

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GAME XI - Auswirkungen von Mikroplastik auf die Stresstoleranz mariner Depositfresser

März bis Dezember 2013

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GAME X - Invasionsökologie: Erhöhen ungünstige Bedingungen während des Transportes die Stresstoleranz mariner Invertebraten?
 
März bis Dezember 2012
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GAME IX -  Werden die Verbreitungsmuster mariner Arten durch die Vorhersagbarkeit von Ressourcen bestimmt?
 
Beginn März 2011, Abschluss Dezember 2011

GAME IX-Alumni

Der Projektbericht ist zurzeit leider nicht verfügbar.

GAME VIII: Unterscheiden sich native und invasive Populationen mariner Invertebraten und Makroalgen hinsichtlich ihrer Toleranz gegenüber Umweltstress?

 
Beginn April 2010, Abschluss Januar 2011

Fragestellungen:
Sind invasive Populationen mariner Wirbelloser grundsätzlich toleranter gegenüber Umweltstress als Populationen der gleichen Art, die aus deren Ursprungsgebiet stammen?

Resümee:
  Im vorangegangenen GAME-Projekt konnten wir zeigen, dass Organismen aus belasteten Habitaten robuster gegenüber Umweltstress sind als solche von pristinen Standorten. Dies deutet daraufhin, dass die Stresstoleranz einer Population durch selektive Prozesse erhöht werden kann. Dieses Modell taugt auch, um, zumindest teilweise, die höhere Stresstoleranz invasiver Arten zu erklären. Neben der artspezifischen, evolutiv vorgebenen Toleranz gegenüber bestimmten Umweltstressoren könnte es also auch eine erworbene, populationspezifische Widerstandsfähigkeit geben, die Invasionen begünstigt. Eine Selektion stresstoleranter Genotypen könnte während des Transportes unter ungünstigen Bedingungen, beispielsweise in Ballastwassertanks, stattfinden. Um dieser Frage nachzugehen, untersuchten wir an insgesamt 6 Standorten (+ Kiel) weltweit Populationen mariner Wirbelloser und Makroalgen hinsichtlich ihrer Stresstoleranz - sowohl in ihren Herkunftsgebieten als auch dort wo sie invasiv sind.  Untersucht wurden die Pazifische Auster Crassostrea gigas, die Pantoffelschnecke Crepidula fornicata, das Manteltier Ciona intestinalis und die Grünlippmuschel Perna viridis. Die Daten werden zurzeit zur Publikation vorbereitet.

Projektpartner:

1. Universidad Católica del Norte, Chile
2. University of Hokkaido, Japan
3. Smithsonian Environmental Research Center, USA
4. University of Hong Kong Pokfulam, China
5. Bogor Agricultural University, Indonesien
6. Bangor University, UK

GAME VIII-Alumni

 

GAME VII:  Unterscheiden sich invasive und nicht-invasive Invertebraten in ihrer Toleranz gegenüber Umweltstress?

 

Beginn Oktober 2008, Abschluss Januar 2010

Fragestellungen:

Sind invasive Organismen grundsätzlich toleranter gegenüber Umweltstress als vergleichbare einheimische Arten?
Sind Individuen einer Art, die aus Habitaten mit einer starken Belastung durch anthropogene oder natürliche Stressoren stammen, grundsätzlich stresstoleranter als Artgenossen aus ungestörten Habitaten?

Resümee:  Die Zahl der Bioinvasionen in Meeresgebieten ist, bedingt durch menschliche Aktivitäten, in den letzten Jahrzehnten stark angestiegen. Die Zahl der Arten, die täglich, beispielsweise mit Schiffen, weltweit verfrachtet werden wird auf über 10 000 geschätzt. Allerdings gelingt es bei weitem nicht allen Arten, sich in neuen Habitaten anzusiedeln und auszubreiten, d.h. invasiv zu werden. Erfolgreiche Invasoren können große ökologische Veränderungen hervorrufen und erhebliche ökonomische Schäden anrichten. Ökologen interessieren sich deshalb dafür, die Eigenschaften zu identifizieren, die eine invasive Art auszeichnen. Dieses Wissen würde es ermöglichen, die Folgen einer Verschleppung abzuschätzen und potentielle Invasionen vorherzusagen. Weithin wird die Toleranz gegenüber ungünstigen Umweltbedingungen, wie Schwankungen im Salzgehalt oder der Sauerstoffversorgung, als wichtige Voraussetzung für den Invasionserfolg angesehen. Allerdings gibt es nur sehr wenige Belege dafür, dass invasive Arten toleranter gegenüber Umweltstress sind als vergleichbare Arten, die nicht invasiv sind. Zu dieser Frage haben wir an 6 Standorten weltweit Versuche durchgeführt, in denen wir invasive und nicht-invasive Arten gängigen Umweltstressoren ausgesetzt und ihre Leistung unter Stressbedingungen verglichen haben. Dabei hat sich gezeigt, dass in 5 von 6 Fällen die invasiven Arten eine höhere Toleranz aufwiesen als vergleichbare einheimische Arten. Diese Beobachtung ist ein starkes Indiz dafür, dass Stresstoleranz eine wichtige Voraussetzung dafür ist, fremde Habitate erfolgreich besiedeln zu können.
 
Ein Modell, das erklären könnte warum Populationen invasiver Organismen besonders stresstolerant sind, nimmt an, dass es während des Invasionsprozesses zu einer Selektion resistenter Genotypen kommt. Dadurch steigt deren Häufigkeit in der Population und mit ihr auch deren mittlere Stresstoleranz. Um dieses Konzept zu testen, haben wir an 3 weiteren Standorten Versuche durchgeführt, in denen wir die Toleranz von Organismen aus stark belasteten/extremen Standorten mit der von Artgenossen aus Habitaten mit sehr günstigen Lebensbedingungen verglichen haben. An 2 von 3 Standorten haben sich die Individuen, die bereits über längere Zeit einer stressreichen Umwelt ausgesetzt waren, als robuster erwiesen. Das deutet daraufhin, dass Selektionsprozesse durchaus zu Unterschieden in der Stresstoleranz zwischen Populationen führen können.

Projektpartner:
1. Universidade Federal Fluminense, Brasilien
2. University of Auckland, Neuseeland
3. University of the West Indies, Trinidad & Tobago
4. Åbo Akademi University, Finnland
5. Shahid Beheshti University, Iran
6. University of Hokkaido, Japan
7. Bangor University, UK
8. Bogor Agricultural University, Indonesien
9. National Institute of Oceanography (NIO), Indien

GAME VII-Alumni

Vorträge:

Lenz M, Wahl M (2010) Tolerance towards abiotic stress: a comparison between invasive and native marine invertebrates. 45th European Marine Biology Symposium, August 23rd-27th, Edinburgh, UK.
 
Wendling C, Bachtiar R, Lenz M, von Juterzenka K, Wahl M (2010) Population differences in susceptibility to salinity stress in Perna viridis from contaminated and uncontaminated sites in West-Java, Indonesia. 2010 International meeting of the Association for Tropical Biology and Conservation. Bali, Indonesia 19.-24. July 2010.

Artikel:

Fowler AE, Nadine V. Gerner, Mary A. Sewell (2010) Temperature and salinity tolerances of Stage 1 zoeae predict possible range expansion of an introduced portunid crab, Charybdis japonica, in New Zealand. Biol Invasions, 13 (3). pp. 691-699.

Gröner, F., Lenz, M., Wahl, M. und Jenkins, S. R. (2011) Stress resistance in two colonial ascidians from the Irish Sea: the recent invader Didemnum vexillum is more tolerant to low salinity than the cosmopolitan Diplosoma listerianum. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology, 409 . pp. 48-52.
 
Lenz M, da Gama B, Gerner NV, Gobin J, Groener F, Harry A, Jenkins SR, Kraufvelin P, Mummelthei C, Sareyka J, Xavier EA, Wahl M (2011) Non-native marine invertebrates are more tolerant towards environmental stress than taxonomically related native species: Results from a globally replicated study. Environmental Research, 111 (7, SI). pp. 943-952.

Sareyka, J., Kraufvelin, P., Lenz, M., Lindström, M., Tollrian, R. und Wahl, M. (2011) Differences in stress tolerance and brood size between a non-indigenous and an indigenous gammarid in the northern Baltic Sea. Marine Biology 158: 2001-2008.

 

GAME VI:  Flexibilität in der Verteidigungsfähigkeit von Makroalgen: Einfluss des Fraßdrucks auf die Geschwindigkeit, mit der eine chemische Abwehr induziert wird

 

Beginn Oktober 2007, Abschluss Januar 2009

Fragestellungen:

Können Algen ihre Verteidigung flexibel auf Veränderungen in der Stärke des Fraßdrucks einstellen?
Reagieren sie schneller auf eine Bedrohung durch Fraßfeinde, wenn die Dichte der Weidegänger größer ist?

Resümee:
  Großalgen gehören zu den wichtigsten Organismen der Küstengewässer und gewährleisten eine Vielzahl bedeutender Ökosystemfunktionen. Sie können sich chemisch gegen ihre Fraßfeinde verteidigen, aber es ist bislang nicht bekannt, wie flexibel diese Verteidigungsreaktion ist. Wir haben an 9 Standorten Makroalgen für die Zeitdauer von 2-3 Wochen verschiedenen Dichten von Fraßfeinden, wie Meeresasseln und Schnecken, ausgesetzt und untersucht, ob die Induktion der Fraßverteidigung unter größeren Fraßdrücken schneller abläuft. Die Auswertung der Daten ist noch nicht abgeschlossen, aber für die Arten, die auf der Südhalbkugel untersucht wurden, konnte eindeutig gezeigt werden, dass ein höherer Fraßdruck zu einem schnelleren Aufbau der Abwehr führt. Zudem zeigte sich, dass die Verteidigung bei vielen Arten zeitlich gepulst ist. Die Algen erhöhen die Konzentration an Verteidigungsmetaboliten für den Zeitraum von 24-48h und senken sie dann wieder ab. Bislang ging man davon aus, dass ein konstanter Wert über längere Zeit gehalten wird. Dieser Befund ist neu und faszinierend. Eine gepulste Abwehr passt sehr gut in das Konzept der optimierten Verteidigung, denn auf diese Weise würden Algen Ressourcen schonen und den Fraßfeinden weniger Gelegenheit geben, sich an die Verteidigungsstoffe anzupassen. Unsere Ergebnisse deuten an, dass Großalgen flexibel auf Veränderungen in der Dichte ihrer Fraßfeinde reagieren können. Es ist anzunehmen, dass letztere im Zuge der Umwälzungen in vielen Küstenökosystemen in Zukunft stärker schwanken werden.

Projektpartner:

1. Universidad Católica del Norte, Chile
2. University of Auckland, Neuseeland
3. Universidade da Madeira, Portugal
4. Universidade Federal Fluminense, Brasilien
5. Université du Québec à Rimouski, Kanada
6. Bangor University, UK
7. National Institute of Oceanography (NIO), Indien
8. Bogor Agricultural University, Indonesien
9. Alfred-Wegener Institut für Meeres- und Polarforschung, Deutschland

GAME VI-Alumni

Poster:

Siregar, A., Schäfer, A. Lenz, M. von Juterzenka, K., Wahl, M. (2009). A tropical macroalgae can adjust its defense to fluctuating grazing intensity. World Ocean Conference. 11.-15. Mai 2009. Manado, Sulawesi, Indonesien.

Artikel:

Bischof R, Lenz M, Soto F, Thiel M, Wahl M (XXXX) Temporal profiles in macroalgal response to herbivory: the influence of grazing duration and pressure on defense induction in seaweeds. In prep.
 
Lenz M, Ringelhan F, Larsen Y, Bohn K, Rohnstock L, Molis M, Jenkins SR, Wahl M (XXXX) Regulation of anti-herbivore defences in two fucoid macroalgae: influence of grazing pressure and season. In prep.
 
Lenz M, Ramalhosa P, Bockhorn K, Debus S-L, Kaufmann M, Weinberger F, Wahl M (XXXX) Abiotic and biotic environmental factors modify anti-herbivore defence regulation in two subtropical macroalgae. In prep.

 

GAME V:  Einfluss von Umweltstress auf die Verteidigungsfähigkeit von Großalgen

 

Beginn Oktober 2006, Abschluss Januar 2008

Fragestellungen:

Hat kurzfristiger Lichtmangelstress einen negativen Einfluss auf das Wachstum von Großalgen?
Hat kurzfristiger Lichtmangelstress einen negativen Einfluss auf die Verteidigungsfähigkeit von Großalgen gegen Fraßfeinde?
Sind die Verteidigungsreaktionen von Großalgen fraßfeindspezifisch?

Resümee:
  Es ist eine weitverbreitete These in der Ökologie, dass Verteidigungsmechanismen mit metabolischen Kosten verbunden sind, die für die Produktion von chemischen Substanzen aufgewandt werden müssen. Belege für diese Ansicht sind jedoch rar. Die Tolerierung von Umweltstress geht ebenfalls mit Energieeinbußen einher - Energie die in Folge nicht für die Verteidigung zur Verfügung stünde. Sollte Verteidigung also energieaufwendig sein, müsste Umweltstress die Resistenz von Makroalgen gegenüber ihren Fraßfeinden reduzieren. Die Frequenz und Stärke mit der Stressoren wie beispielsweise Wassertrübung in Küstenlebensräumen auftreten, hat durch menschliche Aktivitäten stark zu genommen. Sollte dieser Stressor Algen negativ beeinflussen, kann das weitreichende Folgen für viele Küstenökosysteme haben. Besonders in den gemäßigten Breiten spielen Großalgen eine entscheidende Rolle im Gefüge mariner Lebensgemeinschaften. Wir haben diesen Zusammenhang an über 15 Makroalgen weltweit getestet, indem wir sie Lichtmangelstress aussetzten und fanden, dass Makroalgen gegenüber diesem Stressor, zumindest kurzfristig, erstaunlich tolerant sind. Dies muss als besondere Anpassung an das Leben im Wasser angesehen werden, in dem die Verfügbarkeit von Licht generell größeren Schwankungen unterliegt als im Medium Luft. Erstaunlicherweise beobachteten wir in nur 3 Fällen einen negativen Einfluss von Lichtmangel auf die Verteidigungsfähigkeit von Algen. Dies widerspricht der gängigen Auffassung dass die Verteidigungsfähigkeit von Pflanzen in starkem Maße von der Energieverfügbarkeit abhängt. Nichtsdestotrotz zeigt dieser Befund, dass Umweltstress Weidegänger-Algen-Interaktionen modulieren kann.

Projektpartner:

1. Universidad Católica del Norte, Chile
2. University of Tasmania, Australien
3. University of Auckland, Neuseeland
4. Universidade da Madeira, Portugal
5. Universidade Federal Fluminense, Brasilien
6. University College of Science and Technology (KUSTEM), Malaysia
7. Chiba University, Japan
8. Université du Québec à Rimouski, Kanada

GAME V-Alumni

Poster:

Appelhans YS, Medeiros HE, da Gama BAP, Lenz M, Wahl M (2008). Metabolites for nothing and the defense for free? The influence of low-light stress on defensive traits against herbivory in four Brazilian macroalgae. 37th Benthic Ecology Meeting. 9. - 13. April 2008. Providence Rhode Island, USA.
 
Ramalhosa P, Debus S, Kaufmann M, Lenz M, Wahl M (2008) The production of defensive secondary metabolites under conditions of environmental stress in the seaweeds Stypopodium zonale and Grateloupia imbricata against herbivory by sea urchins on Madeira Island. XV Simpósio Ibérico de Estudos de Biologia Marinha. 9. - 13. September 2008, Funchal, Madeira, Portugal.

Vorträge:

Arsad S, Eidens C, Lenz M, Abdullah AS (2008) Effects of feeding pressure and low-light stress on the performance of antiherbivore defenses in the two red algae Gracilaria edulis and Gracilaria salicornia from Malay Peninsular. UMT International Symposium on Sustainability Science and Management. 8. - 10. Juni 2008. Kuala Terengganu, Malaysia.
 
Bessho K, Kubicek A, Nakaoka M, Lenz M, Wahl M (2008) Effects of light limitation on defensive traits in marine macroalgae: Defense strategies of Chondrus yendoi against herbivory. 55th Annual Meeting of the Ecological Society of Japan.
 
Cerda O, Pansch C, Lenz M, Wahl M, Thiel M (2008) Effects of low-light stress on anti-herbivore and anti-fouling defenses in four macroalgae species from northern-central Chile. 28th Chilean Marine Sciences Conference. 26. - 30. Mai 2008. Viña del Mar, Chile.
 
Lenz M, Wahl M (2008) Is energy supply affecting algal palatability? Temporary low-light stress in coastal habitats and its consequences for grazer-algal interactions. 43rd European Marine Biology Symposium. 8. - 12. September. Ponta Delgada, Azores, Portugal.
 
Piot A, Lenz M, Vasel M, Archambault P, Wahl M (2008) Large scale study of algal adaptation to temporary low-light conditions. 37th Benthic Ecology Meeting. 9. - 13. April 2008. Providence Rhode Island, USA.

Artikel:

Appelhans YS, Lenz M, Medeiros HE, da Gama BAP, Pereira RC, Wahl M (2010) Stressed, but not defenceless: no obvious influence of irradiation levels on antifeeding and antifouling defences of tropical macroalgae. Marine Biology 157: 1151-1159
 
Pansch C, Gómez I, Rothäusler E, Veliz K, Thiel M (2008) Species-specific defense strategies of vegetative versus reproductive blades of the Pacific kelps Lessonia nigrescens and Macrocystis integrifolia. Marine Biology: 155: 51-62
 
Pansch C, Cerda O, Lenz M, Wahl M, Thiel M (2009) Effects of low-light stress on anti-herbivore and anti-fouling defense in four seaweed species from northern-central Chile. Marine Ecology Progress Series: 381: 83-97
 
Kubicek A, Lenz M, Bessho K, Nakaoka M, Wahl M (2011) Inducible defence and its modulation by environmental stress in the red alga Chondrus yendoi (Yamada and Mikami, 1965) from Honshu Island, Japan. Journal of Experimental Marine Biology and Ecology: 397 (2). pp. 208-213.

 

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Wissenschaftliche Koordination: Dr. Mark Lenz, e-mail: mlenz@geomar.de

Wissenschaftliche Leitung: Prof. Dr. Martin Wahl, e-mail: mwahl@geomar.de

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