Linking environmental factors and the reproductive success of Acartia tonsa DANA (Copepoda: Calanoida)

Abstract

The aim of this thesis was to further our understanding of the calanoid copepod Acartia tonsa. Manuscript 1 (chapter II) focuses on the trophodynamic interactions between primary producers and A. tonsa. It was examined how nutrient availability influenced the growth dynamics and biochemical content of the marine diatom Thalassiosira weissflogii and how these biochemical changes impacted the vital rates of A. tonsa. Chapter III (manuscript 2) centers on its life history strategy and especially on the production of RE for overwintering. Potential resting egg (RE) production in A. tonsa was examined and evidence for phenotypic plasticity among eggs as well as maternal effects on egg hatching characteristics was found. It was tested whether incubation photoperiod (6, 11, 16h) and/or temperature (15, 20, 25°C) affected the proportion of eggs that, between 72 hrs and 3-weeks of age, displayed specific hatching characteristics and whether the ‘origin temperature’ at which males and females were reared (15, 20, 25°C) also influenced egg development. Chapter IV (manuscript 3) summarizes the aspects of the life history strategy of A. tonsa and compares it with other dominating calanoid copepods in the Baltic Sea. The results of laboratory experiments on reproductive success and field time series data on adult abundance to explore factors controlling the seasonality of Acartia spp., Eurytemora affinis and Temora longicornis, key copepods of brackish, coastal, temperate environments were combined. Over a 5-yr period, changes in adult abundance within two southwest Baltic field sites (Kiel Fjord Pier, 54°19´89N, 10°09´06E, 12 to 21 psu, and North / Baltic Sea Canal NOK, 54°20´45N, 9°57´02E, 4 to 10 psu) were evaluated with respect to changes in temperature, salinity, day length, chlorophyll a concentration (Chl a). In Chapter V (manuscript 4) daily measurements of the reproductive characteristics (egg production rate (EPR) and egg hatching success (HS)) of Acartia tonsa (Copepoda:Calanoida) were made during 12, relatively long-term (6 to 12-d), laboratory trials. The influence of culture conditions including subtle differences in photoperiod, temperature and food quantity (diatom, Thalassiosira weissflogii), and more marked differences in salinity (8, 18, 33 psu) and algal quality (wide ranges of algal growth rates and protein-carbohydrate ratios) as well as female age on reproduction was examined. We report the daily magnitudes and the time course of changes in EPR and HS and relate these, when possible, to intrinsic and extrinsic factors. Based upon observed trends in EPR and HS, practical recommendations on the protocols used to measure copepod EPR for ecological studies, toxicity bioassays, and aquaculture production are provided.

In Manuskript 1 (Kapitel II) dieser Doktorarbeit werden die Verknüpfungen und Veränderungen im Nahrungsnetz thematisiert. Dabei wurde untersucht wie sich die verfügbaren Nährstoffe auf das Wachstum und die biochemische Zusammensetzung der marinen Diatomee Thalassiosira weissflogii auswirkt und wie die Veränderungen der biochemischen Zusammensetzung der Alge A. tonsa beeinflusst. Die biochemische Zusammensetzung der Alge, bezogen auf Proteine, Kohlenhydrate und Fettsäuren, wurde über einen Zeitraum von 16 Tagen zwischen Algenkulturen, mit denen eine Blüte simuliert wurde (B-Algen), und solchen, die in nahezu exponentiellem Wachstum gehalten wurden (E-Algen) verglichen. Außerdem wurde untersucht, wie sich die Eiproduktionsrate (EPR, Eier Weibchen-1 Tag-1) und der Entwicklungserfolg der Copepoditenstadien zwischen Gruppen von A. tonsa, die mit den unterschiedlichen Algen gefüttert wurden, unterschied. Kapitel III (Manuskript 2) dieser Doktorarbeit behandelt die “life history strategy” und insbesondere die Produktion von Dauereiern („resting eggs“, RE) durch A. tonsa. Potenzielle Dauereier von A. tonsa wurden gefunden sowie Hinweise für die phänotypische Plastizität der Eier selber. Auch gab es einen Effekt von mütterlicher Erfahrung bestimmter Umweltbedingungen auf die Schlüpfeigenschaften der Eier. Getestet wurde, ob die Inkubations-Photoperiode (6, 11, 16h) und/oder Temperatur (15, 20, 25°C) einen Einfluss darauf hatte, wie viel Prozent der Eier, zwischen 72h und drei Wochen nachdem sie gelegt wurden, bestimmte Schlüpfeigenschaften aufwiesen. Außerdem wurde untersucht, ob auch die Ursprungstemperatur, in welcher die Männchen und Weibchen gehältert wurden (15, 20, 25°C) einen Einfluss auf die Eientwicklung hatte. In Kapitel IV (Manuskript 3) werden die Aspekte der “life history strategy” von A. tonsa zusammengefasst und mit anderen dominierenden Arten der Ostsee verglichen. Dafür wurden Labordaten von Experimenten zum reproduktiven Erfolg und Felddaten einer Zeitserie zur Abundanz der adulten Copepoden untersucht. Es sollten Faktoren herausgefunden werden, welche die Saisonalität der Schlüssel-Copepodenarten der küstennahen Brackwassergebiete der gemäßigten Zonen (Acartia spp., Eurytemora affinis und Temora longicornis) erklären. Die Abundanzen der adulten Copepoden wurden über den Zeitraum von fünf Jahren an zwei Stellen der südwestlichen Ostsee (Kiel Fjord Pier, 54°19´89N, 10°09´06E, 12 bis 21 psu, und Nord-Ostsee-Kanal NOK, 54°20´45N, 9°57´02E, 4 bis 10 psu) zusammen mit Daten über die Temperatur, Salinität, Photoperiode und Chlorophyll a Konzentration erfasst. In Kapitel V (Manuskript 4) wurden tägliche Messungen der Reproduktion (Eiproduktionsrate und Schlüpferfolg) von Acartia tonsa in zwölf relativ langen (6 bis 12 Tage) Laborversuchen durchgeführt. Es wurde untersucht wie sich geringe Unterschiede Photoperioden, Temperaturen, Futtermengen der Diatomee Thalassiosira weissflogii und deutlichere Unterschiede in Salinität (8, 18 und 33 psu) und Futterqualität sowie Alter der Weibchen auf die Reproduktion von A. tonsa auswirken. Anhand der von uns untersuchten Trends der Eiproduktionsrate und des Schlüpferfolges geben wir praktische Anweisungen für Eiproduktionsmessungen von Copepoden für ökologische und ökotoxikologische Studien sowie für die Aquakultur.