Arbeitsgruppe Aquatische Nahrungsnetze
Die Sekundärproduktion ist der am wenigsten erforschte Prozess in pelagischen und benthischen Nahrungsnetzen sowie in biogeochemischen Modellen. Diese Wissenslücke erschwert zuverlässige Prognosen darüber, wie diese Nahrungsnetze auf den Klimawandel und Stressfaktoren reagieren. Es sind neue Ansätze erforderlich, wobei die funktionelle Biodiversität der Vielversprechendste ist.
Funktionale Biodiversität hilft aquatischen Gemeinschaften, mit Stressfaktoren wie Temperaturanstieg, Schichtung, Stickstoffmangel und Eutrophierung umzugehen. Die Arbeitsgruppe „Aquatische Nahrungsnetze“ untersucht die funktionale Biodiversität sowie die biotischen und abiotischen Faktoren, die die biologische Produktion in pelagischen und benthischen Systemen regulieren, unter Verwendung isotopenökologischer Methoden. Wir bestimmen in Feldproben die wichtigsten Energiegewinnungsmodi: Phototrophie, Chemoautotrophie, und Heterotrophie, wobei letztere Osmotrophie, Phagotrophie, Herbivorie, Omnivorie, Carnivorie und Detrivorie umfasst. Ein besonderer Schwerpunkt liegt auf der Ertragskundlichen Sekundärproduktion (engl. harvestable secondary production, HSP) von Mesozooplankton, wofür die Qualität der Stickstoffquelle, die Nettoprimärproduktionsraten (einschließlich N2-Fixierung) und die stickstoffspezifische Nettowachstumseffizienz des Mesozooplanktons untersucht werden.
Unsere Erkenntnisse zeigen, dass sich planktische Nahrungsnetze an die Schichtung und das Auftreten von N2-fixierenden Cyanobakterien anpassen, indem die Ernährung des Mesozooplanktons von Herbivorie auf Carnivorie umgestellt wird (Loick-Wilde et al., 2019; Weber et al., 2021). Diese Erhöhung der Trophiestufe im Mesozooplankton hat schädliche Auswirkungen auf pelagische Fischarten wie den Dorsch, die aufgrund dieser trophischen Verlängerung in der zentralen Ostsee einen erheblichen Energieverlust erlitten haben (Steinkopf et al., 2024). Umgekehrt hat sich gezeigt, dass eine Verringerung der Nährstoffbelastung die Trophiestufe von Muscheln normalisiert wodurch ihre Produktivität in der Nordsee wieder steigt (Dippner et al., 2025).
Neuste Forschungsergebnisse unserer Gruppe beleuchten die Auswirkung von Stickstofflimitierung auf die Trophiestufe der Mikroalgen. Entlang der alternden Amazonasfahne verschieben sich die Mikroalgen-Gemeinschaften von Cryptophyten und Diatomeen hin zu Haptophyten und Pico-Cyanobakterien, wobei erstmals gezeigt werden konnte, dass Mixotrophie in den älteren Bereichen der Flußfahne zunimmt, was die Relevanz heterotropher Strategien der Mikroalgen in stickstofflimitierten Umgebungen hervorhebt (Fernández-Carrera et al., im Druck). Wie sich der Prozess der Mixotrophie in den Mikroalgen auf die Sekundärproduktion und andere biogeochemische Funktionen des Planktons auswirkt, ist Gegenstand der nächsten Arbeiten im „Mixotrophie Hot Spot“ Amazonasfahne.
Ein umfassendes Verständnis der Stickstoffqualität und ihrer Auswirkungen auf die Strategien der Energiegewinnung bei Phyto-, Mixo- und Mesozooplankton ist unerlässlich, um präzise Prognosen darüber treffen zu können, wie pelagische und benthische Nahrungsnetze auf den Klimawandel und andere Umweltbelastungen reagieren werden.