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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-44146
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2009/4414/


Trophic interactions at seamounts

Trophische Interaktionen an Seebergen

Hirch, Stefanie

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Freie Schlagwörter (Deutsch): Seeberg , Nahrungsnetz , stabile Isotope , Fettsäuremarker , ETS
Freie Schlagwörter (Englisch): seamount , food web , trophic marker , respiration , Atlantic
Basisklassifikation: 42.94
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: St. John, Michael (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 13.11.2009
Erstellungsjahr: 2009
Publikationsdatum: 18.12.2009
Kurzfassung auf Englisch: In recent years, seamounts have received increasing scientific attention. Although they are perceived as areas of high productivity, biological studies are still rare and little is known about the trophic ecology of seamount ecosystems. These systems are often characterised by dense aggregations of benthopelagic fishes, high biodiversity and high levels of endemism. The goal of the European OASIS project, within which this thesis was embedded, was to further our understanding of seamount ecosystems and their influence on the surrounding ocean through an interdisciplinary approach. The aim of the present thesis is to elucidate aspects of trophic ecology at two seamounts with different summit depths (Seine and Sedlo) in the subtropical NE Atlantic. In the thesis possible influences of the two seamounts on the food sources and diets of selected zooplankton species and on the respiration rates of the zooplankton community are investigated. A further aim of the thesis is to gain insight into the food sources and trophic structures of the epibenthic invertebrate and benthopelagic fish fauna on the summit plateau of Seine Seamount and their nutritional links to the surrounding ocean. Diets and trophic positions were investigated for selected species using fatty acid, stable isotope and gut content analyses. Zooplankton community respiration rates were estimated from electron transfer system (ETS) activity. Suspended particulate organic matter (POMsusp) was analysed as trophic baseline of the food web. Fatty acid and stable isotope trophic markers indicated considerable temporal variability in POMsusp composition and zooplankton diets between surveys in November 2003, April 2004 and July 2004. In contrast to the pronounced temporal differences, spatial differences of POMsusp and zooplankton trophic marker signatures between seamount and remote reference sampling locations were small and indicated no seamount-related influence on POMsusp compositions or zooplankton diets at the two seamounts. Locally higher zooplankton respiration rates were occasionally observed at both seamounts, but these were not clearly elevated above the high temporal variability. Trophic marker analyses as well as gut content analysis of the fish species indicated a close link between the pelagic food sources and the epibenthic and benthopelagic fauna on the summit plateau of Seine Seamount. Epibenthic invertebrates were closely linked to the pelagic particulate organic matter production either directly by suspension or deposit feeding or indirectly via the benthic food web through predation on detritivorous benthic primary consumers. The benthopelagic fish fauna was mainly sustained by direct feeding on pelagic prey, while benthic contributions to the diets were small. Pelagic versus benthic feeding was indicated by elevated levels of arachidonic acid (20:4(n-6)) concurrent with low proportions of the zooplankton marker fatty acid 18:1(n-9) in the storage lipids of benthivorous species. The presence of arachidonic acid suggested a possible contribution of rhodophytes as benthic primary food source to the resident seamount community. Epibenthic invertebrate and benthopelagic fish species occurred along a continuum of intermediate trophic positions rather than at discrete trophic levels. This indicated that the food web was dominated by opportunistic species that feed from different trophic levels. Resource partitioning regarding feeding habitats, prey selection and ontogenetic separation was apparent for zooplanktivorous fish species and presumably reduced dietary competition and promoted co-existence of the different species. Zooplankton respiration rates and trophic marker signatures of POMsusp and the zooplankton species gave no indications of persistently enhanced feeding conditions of the zooplankton community at the seamounts compared to the surrounding ocean. The close nutritional link between epibenthic invertebrates and surface organic matter suggested rapid deposition of fresh detritus due to the shallow depth of the seamount summit plateau (~170 m), which might be temporally exhilarated by Taylor column-related downwelling. The lack of larger diel vertically migrating taxa and the dominance of non- or weakly-migrating copepods in the gut contents of zooplanktivorous fish species indicated the absence of enhanced food supply through topographic blockage of diel vertical migrators. The benthopelagic fish fauna, thus, appears to be mainly sustained by current-driven horizontal fluxes of zooplankton prey from the surrounding ocean.
Kurzfassung auf Deutsch: Seeberge gelangten in den letzten Jahren vermehrt in den Fokus der Wissenschaft. Obwohl für diese Ökosysteme allgemein eine hohe biologische Produktivität vermutet wird, gibt es nur wenige biologische Studien, die die Nahrungsökologie der Seebergökosysteme untersuchten. Diese Systeme zeichnen sich oftmals durch Fischreichtum, diverse Lebensgemeinschaften und einen erhöhten Anteil endemischer Arten aus. In einem interdisziplinären Forschungsansatz untersuchte das europäische OASIS-Projekt die Funktionsweise von Seebergökosystemen und deren Einfluss auf den umgebenden Ozean. Die vorliegende Arbeit beleuchtet als Teil des Projektes nahrungsökologische Aspekte an zwei unterschiedlich tiefen Seebergen (Seine und Sedlo) im subtropischen NO-Atlantik. Insbesondere sollten die Nahrungsquellen und Ernährungsweisen ausgewählter Zooplanktonarten und die Respirationsraten des Zooplanktons untersucht werden, um mögliche Einflüsse der Seeberge auf die Gemeinschaft aufzuklären. Zudem sollten die Nahrungsquellen und trophischen Beziehungen der epibentischen Wirbellosen und der benthopelagischen Fischfauna auf dem Gipfelplateau des Seine Seamounts sowie deren Nahrungsverbindung zum umgebenden Ozean aufgezeigt werden. Ernährungsgewohnheiten und trophische Positionen wurden für ausgewählte Arten anhand von trophischen Markern, d.h. Fettsäuren und stabilen Isotopen, und Mageninhaltsuntersuchungen bestimmt. Respirationsraten der Zooplanktongemeinschaft wurden mithilfe der Elektronen-transportsystem-Aktivität ermittelt. Als Basis der Nahrungskette wurde suspendiertes partikuläres Material (POMsusp) untersucht. Untersuchungen der Fettsäuremarker und stabilen Isotope wiesen auf eine deutliche zeitliche Variabilität in der Zusammensetzung des POMsusp und der Ernährungsweise des Zooplanktons hin. Im Gegensatz dazu waren die räumlichen Unterschiede der trophischen Marker des POMsusp und der Zooplanktonarten zwischen seebergnahen Stationen und seebergfernen Referenzstationen gering. Somit wurden keine Anzeichen für seebergbedingte Einflüsse auf die Zusammensetzung des POMsusp oder auf die Ernährungsweise des Zooplanktons an den zwei Seebergen gefunden. Zeitweise wurden lokal erhöhte Respirationsraten des Zooplanktons an den beiden Seebergen beobachtet, die jedoch nicht deutlich über der hohen zeitlichen Variabilität lagen. Die trophischen Marker der epibenthopelagischen Fauna auf dem Gipfelplateau des Seine Seamount wiesen auf eine enge Verknüpfung mit den pelagischen Nahrungsquellen hin. Die epibenthischen Wirbellosen waren eng mit der pelagischen POM Produktion verbunden, entweder direkt als Suspensions- oder Detritusfresser, oder indirekt über das benthische Nahrungsnetz durch Prädation an benthischen Detritusfressern. Die benthopelagische Fischfauna ernährte sich hauptsächlich direkt von pelagischer Beute, während der Anteil an benthischer Nahrung gering war. Eine benthische Ernährungsweise war durch einen erhöhten Gehalt an Arachidonsäure (20:4(n-6)) bei gleichzeitig niedrigen Mengen des Zooplanktonmarkers 18:1(n-9) in den Speicherlipiden benthivorer Arten gekennzeichnet. Das Vorhandensein arachidonischer Säure deutete auf einen möglichen Beitrag von Rhodophyten als benthische Nahrungsquelle für die ansässige Seeberggemeinschaft hin. Die trophischen Positionen der epibenthischen Wirbellosen sowie der benthopelagischen Fische lagen im Übergangsbereich zwischen den trophischen Ebenen eng beieinander. Dies deutet auf die Dominanz opportunistischer Arten im Nahrungsnetz hin, die sich von verschiedenen trophischen Ebenen ernähren. Eine Ressourcenaufteilung bezüglich des Nahrungshabitats, der Beuteselektion und der Trennung ontogenetischer Stadien wurde bei den zooplanktivoren Fischarten festgestellt. Sie reduziert vermutlich die Nahrungskonkurrenz und begünstigt dadurch eine Koexistenz verschiedener Arten. Weder die Respirationsraten der Zooplanktongemeinschaften noch die trophischen Markersignaturen des POMsusp und der Zooplanktonarten gaben einen Hinweis auf dauerhaft verbesserte Nahrungsbedingungen der Zooplanktongemeinschaft an den beiden Seebergstandorten im Vergleich zu den ozeanischen Referenzstationen. Der enge Nahrungsfluss zwischen epibenthischen Wirbellosen und oberflächennahen organischem Material deutete auf eine schnelle Ablagerung von frischem Detritus aufgrund der geringen Tiefe des Gipfelplateaus (170 m) von Seine Seamount hin. Dieser könnte zeitweilig durch einen Taylorsäulen-bedingten Abtrieb beschleunigt werden. Das Fehlen größerer vertikal wandernder Zooplanktonarten und die Dominanz von nicht oder schwach vertikal wandernden Copepoden in den Mageninhalten der zooplanktivoren Fische deutet darauf hin, dass keine erhöhte Nahrungszufuhr durch das Blockieren abwärtswandernder Vertikalwanderer an der Oberfläche des Seebergs stattfindet, sondern dass der Hauptmechanismus der Nahrungszufuhr zu den benthopelagischen Fischen auf Advektion von Zooplanktonbeute aus dem umgebenden Ozean beruht.

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