Biodiversity and distribution of the deep-sea fauna in the Sea of Japan and in the Kuril-Kamchatka Trench area with focus on Isopoda as a model organism

Abstract

The aim of this dissertation is to analyze the diversity and distribution of the deep-sea fauna of the Northwest Pacific, more specifically the Sea of Japan and the abyssal plain adjacent to the Kuril-Kamchatka Trench. Deep-sea benthic structure of both areas is analyzed at higher taxonomic level and in greater detail exemplarily for isopods at species and population level. The main focus herein lies on the diversity recorded for each of the areas and the comparison between both. Two deep-sea expeditions were conducted in order to obtain samples from the Sea of Japan and the Kuril-Kamchatka Trench with the Russian research vessel Akademik M. A. Lavrentyev in 2010 (Sea of Japan Biodiversity Studies; SoJaBio) and the German research vessel Sonne in 2012 (Kuril-Kamchatka Biodiversity Studies; KuramBio), respectively. Additionally, samples from the Kuril-Kamchatka Trench area, conducted with the Russian research vessel Vityaz in the 1950s, were used for further comparisons. In conclusion, the studies conducted in the framework of this thesis improved our knowledge and understanding of the deep-sea fauna of the Northwest Pacific, namely the Sea of Japan and the abyssal plain southeast of the Kuril-Kamchatka Trench. The former is impoverished due to its geological history and characteristics, the latter exhibits high diversity, which can mainly be explained by the old age of the Pacific, the connectivity of the area with adjacent basins and the Oyashio current bringing nutrient-rich waters into the area. Furthermore, the populations of three species of isopods in part co-occurring in the Sea of Japan do not share the same population structure and reproductive mode, which might suggest avoidance of direct competition and occupation of different ecological niches. This could lead to differences in distributional patterns and may help to explain the distributional limits and possibilities of individual species, both bathymetrically and geographically.

Das Ziel dieser Dissertation ist die Analyse der Diversität und Verteilung der Tiefseefauna des Nordwest Pazifiks, im Speziellen des Japanischen Meeres und der Abyssalfläche, die an den Kurilengraben angrenzt. Die Analyse der Struktur des Tiefseebenthos beider Gebiete wurde auf höherer Taxonebene und detaillierter am Beispiel der Isopoda (Asseln) auf Art- und Populationsebene durchgeführt. Dabei liegt der Hauptfocus auf der erfassten Diversität beider einzelner Gebiete und dem Vergleich zwischen beiden. Zwei Tiefseeexpeditionen wurden durchgeführt, um Proben aus dem Japanischen Meer mit dem russischen Forschungsschiff Akademik M. A. Lavrentjev im Jahr 2010 (Sea of Japan Biodiversity Studies; SoJaBio) und aus dem Gebiet des Kurilengrabens mit dem deutschen Forschungsschiff Sonne im Jahr 2012 (Kuril-Kamchatka Biodiversity Studies; KuramBio) zu erhalten. Zusätzlich wurden Proben aus dem Gebiet des Kurilengrabens, die in den Fünfzigerjahren des letzten Jahrhunderts mit dem russischen Forschungsschiff Vitjaz genommen wurden, für einen Vergleich herangezogen. Als Fazit tragen die Studien, die im Rahmen dieser Dissertation durchgeführt worden sind, zur verbesserten Kenntnis und zum verbesserten Verständnis der Tiefseefauna des Nordwest Pazifiks bei, und zwar des Japanischen Meeres und der Abyssalfläche südöstlich des Kurilengrabens. Erstere ist durch die geologische Geschichte und Gegebenheiten verarmt, letztere zeigt eine hohe Diversität, die hauptsächlich durch das hohe Alter des Pazifiks, die Verbundenheit mit angrenzenden Gebieten und den Oyashio-Strom erklärt werden kann, der nährstoffreiches Wasser in das Gebiet bringt. Des Weiteren teilen drei Isopoden-Arten, die teilweise in denselben Gebieten im Japanischen Meer vorkommen, nicht dieselbe Populationsstruktur und Art der Fortpflanzung, welches auf die Vermeidung direkter Konkurrenz und Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen hindeuten könnte. Dieses könnte auch zu einem unterschiedlichen Verbreitungsmuster führen und könnte generell helfen, die Grenzen und Möglichkeiten der Verbreitung einzelner Arten zu verstehen, sowohl bathymetrisch als auch geographisch.