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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:18-47976
URL: http://ediss.sub.uni-hamburg.de/volltexte/2010/4797/


The Impact of Key Environmental Factors on the Vital Rates of two Baltic Sea Copepods

Die wichtigsten Umwelteinflüsse auf die Vitalraten zweier Baltischer Copepoden

Holste, Linda

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SWD-Schlagwörter: Acartia tonsa , Temora longicornis
Freie Schlagwörter (Deutsch): Vitalraten, Ostsee, Umweltfaktoren, Temperatur, Salinität
Freie Schlagwörter (Englisch): Vital Rates, Baltic Sea, environmental factors, temperature, salinity
Basisklassifikation: 42.94
Institut: Biologie
DDC-Sachgruppe: Biowissenschaften, Biologie
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Peck, Myron (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 30.04.2009
Erstellungsjahr: 2010
Publikationsdatum: 01.10.2010
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Arbeit wird der Einfluss verschiedener Umweltfaktoren auf die Vitalraten zweier Copepoden-Schlüsselarten (Acartia tonsa und Temora longicornis) der Ostsee untersucht. Hierbei stand vor allem der Reproduktionserfolg dieser Arten im Vordergrund. Copepoden sind die Hauptnahrungsquelle von allen marine Fischlarven und planktivoren Fischen. Daher ist es von großer Wichtigkeit Wissen über den Einfluss auf Populationen dieser Arten und deren mögliche Reaktion auf veränderte Umweltbedingungen (z.B., klimatische und/oder ökosystematische Veränderungen) zu gewinnen. Diese Arbeit setzt sich aus vier Kapiteln zusammen, von denen zwei aus fünf wissenschaftlichen Artikeln bestehen. Diese beiden Kapitel sind von einer allgemeinen Einleitung und einer abschließenden Diskussion eingerahmt.

In dem ersten MANUSKRIPT “The effects of temperature and salinity on egg production and hatching success of Baltic Acartia tonsa (Copepoda: Calanoida): A laboratory investigation” wird der funktionale Zusammenhang zwischen Reproduktionserfolg (Eiproduktion und Eischlupf) und Temperatur sowie Salinität quantifiziert. Um eine Modellierung des Zusammenhangs zu ermöglichen, wurde ein großer Bereich an Temperaturen und Salinitäten abgedeckt. Der optimale Temperaturbereich für die Eiproduktion sowie den Schlupferfolg von Acartia tonsa liegt zwischen 22 und 23°C. Der hohe Reproduktionserfolg von Acartia tonsa bei unterschiedlichsten Umweltbedingungen erklärt möglicherweise die weltweite Verbreitung dieser Art innerhalb verschiedenster produktiver, mariner sowie estuarer Habitate.

In MANUSKRIPT 2: “The effects of temperature and salinity on reproductive success of Temora longicornis in the Baltic Sea: a copepod coping with a tough situation” werden die Einflüsse von Temperatur und Salinität auf den Reproduktionserfolg und die Naupliensterblichkeit von Temora longicornis charakterisiert. Die optimale Reproduktionstemperatur für diese Ostseepopulation liegt bei 17°C. Sowohl Eiproduktion als auch –schlupferfolg waren stark von der Salinität (Hälterung- sowie Inkubationssalinität) beeinflußt. Bei Salinitäten über 14 psu fanden sich höchste Eiproduktionen, wenn Hälterungs- und Inkubationssalinität übereinstimmten. Unterhalb von 14 psu konnte keine maximale Eiproduktion erreicht werden und die Weibchen profitierten auch nicht von einer höheren Inkubationssalinität. Maximaler Eischlupf konnte bei Salinitäten höher als 24 psu gemessen werden, jedoch variierte der Schlupferfolg stark mit der Hälterungsalinität der Weibchen. Die Naupliensterblichkeit bei sechs verschiedenen Temperaturen und zwei Salinitäten (7 und 20 psu) zeigte deutlich, dass hohe Temperature und geringe Salinitäten zu einer erhöhten Mortalität führen. Diese Ergebnisse, im Zusammenhang mit einem Populationsvergleich aus der Literatur, geben Hinweise auf die Reaktion von T. longicornis auf unterschiedliche Temperatur- und Salinitätsbedingungen.

MANUSKRIPT 3 und 4 “Effects of salinity, photoperiod and adult stocking density on egg production and egg hatching success in Acartia tonsa (Calanoida: Copepoda): Optimizing intensive cultures” und “Impacts of light regime on egg harvests and 48-h egg hatching success of Acartia tonsa (Copepoda: Calanoida) within intensive culture” behandeln die praktische Anwedung von Copepodenkuturen in der Aquakultur als Lebendfutter für Fischlarven. Zur Optimierung der Kulturbedingungen, wurden verschiedene Umweltfaktoren wie Lichtintensität, Photoperiode, Salinität und Individuendichte innerhalb der Kultur und deren Auswirkung auf Eiproduktion bzw Eiernte und Schlupferfolg getestet. Ebenfalls wurde der Einfluß der Langzeit-Eilagerung (unter anoxischen, kühlen und dunklen Bedingungen) quantifiziert. Diese beiden Artikel geben wertvolle Ratschläge, wie man Massenkulturen von A. tonsa optimieren und damit kosten- und zeitsparend als Lebendfutter hältern kann.

Im fünften MANUSKRIPT: “Handling Copepods and Egg Production Rates: A Note of Caution” wird auf die Empfindlichkeit der Copepoden im Bezug auf deren Akklimatisierung und auf das Behandeln vor Experimenten eingegangen. Hierzu wurde eine Metaanalyse zur Eiproduktion von A. tonsa durchgeführt. Es wird deutlich, dass ohne eine Phase der Akklimatisierung und der Erholung nach der Einsetzung der Copepoden in die experimentellen Container viele getestete Faktoren unterschätzt werden können.
Kurzfassung auf Englisch: In this Ph.D. thesis, the impact of various environmental factors impacting on copepod vital rates was investigated with a main focus of examining reproductive success of two key Baltic copepod species (Acartia tonsa and Temora longicornis) that serve as major food source for larval and planktivorous fish. Therefore, gaining knowledge on how populations of these copepods are expected to respond to changing environmental factors is critical for projecting changes in marine system trophodynamic structure and function (e.g., due to climate change).

Within the first MANUSCRIPT “The effects of temperature and salinity on egg production and hatching success of Baltic Acartia tonsa (Copepoda: Calanoida): A laboratory investigation” the functional response of aspects of reproductive success of a southwestern Baltic population of Acartia tonsa was quantified using wide ranges in temperatures and salinities. The high reproductive success observed over wide ranges in temperatures and salinities in this Baltic population demonstrates one of the mechanisms responsible for the cosmopolitan distribution of this species within productive, estuarine and marine habitats.
In MANUSCRIPT 2: “The effects of temperature and salinity on reproductive success of Temora longicornis in the Baltic Sea: a copepod coping with a tough situation” the influence of temperature and salinity on aspects of reproductive success and naupliar survival of a southwestern Baltic population of Temora longicornis was characterized. The thermal reaction norm constructed from measurements of egg production rate over a broad range in temperatures suggested an optimal temperature of 17°C for this Baltic population. Reproductive success, including egg production and hatching success, was strongly impacted by salinity (rearing and/or incubation salinity). An intra-specific comparison of egg production for three different T. longicornis populations revealed markedly different temperature optima and clearly demonstrated the negative impact of brackish (Baltic) salinities.

Within the third MANUSCRIPT: “Effects of salinity, photoperiod and adult stocking density on egg production and egg hatching success in Acartia tonsa (Calanoida: Copepoda): Optimizing intensive cultures”, the main focus was to optimize the production of a calanoid copepod for use in marine fish aquaculture. It was examined how large ranges in each of three factors (salinity, photoperiod duration, and culture density) influenced egg production rate and 48-h egg hatching success of Acartia tonsa. The effect of anaerobic storage time (2 to 180 d) at 4°C on egg hatching success was also quantified. In this species, hatching success was more strongly impacted by differences in salinity and photoperiod than was egg production while the opposite was true for the impact of adult stocking density. For maximum egg production rates and egg hatching success of A. tonsa in culture, results of this study suggest using salinities of 14 to 20 psu, photoperiods between 16 and 20 h, and low adult stocking densities (~50 ind l-1).

In the fourth MANUSCRIPT: The “Impacts of light regime on egg harvests and 48-h egg hatching success of Acartia tonsa (Copepoda: Calanoida) within intensive culture” was examined on daily egg harvest (eggs tank−1 d−1), and 48-h egg hatching success (%) by Acartia tonsa in intensive 130-L cultures. Since this copepod produces more eggs during darkness than in the light, it was tested whether egg harvests could be increased by utilizing unnatural light regimes. Our experiments indicated that light can be an important factor affecting the success of intensive cultures of A. tonsa and that copepod culture protocols should include information on light regimes used during rearing and incubation of eggs.

In the fifth MANUSCRIPT: “Handling Copepods and Egg Production Rates: A Note of Caution”, the impact of handling stress on egg production rates by Acartia tonsa was examined from the data reported in > 30 studies on this species. The data collected in six experiments that differed markedly in scale (250 ml to 100 L replicate containers) and in the environmental factors tested (temperature, salinity, photoperiod, light intensity or stocking density) were more closely examined. In nearly every replicate in every treatment in each of those six experiments, egg production rate increased during the first two or three days. Significant treatment effects were often found for copepods acclimated to different treatment levels prior to testing. However, findings of this study should urge researcher to test for handling effects as they develop egg production measurement protocols. Spurious measurements of egg production will seriously undermine attempts to understand the dynamics of copepod populations (and/or secondary production) in most marine systems.

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