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Titel: Combined effects of ocean acidification and warming on a large pelagic fish, the European sea bass (Dicentrarchus labrax)
Sonstige Titel: Kombinierte Effekte von Ozeanversauerung und Erwärmung bei einem großen pelagischen Fisch, dem europäischen Wolfsbarsch (Dicentrarchus labrax)
Sprache: Englisch
Autor*in: Cominassi, Louise
GND-Schlagwörter: Fish; Physiology; Climate Change; Ocean acidification; Temperature; Larvae; Growth; Swimming; Transgenerational plasticity
Erscheinungsdatum: 2019
Tag der mündlichen Prüfung: 2019-10-25
Zusammenfassung: 
In den letzten Jahrhunderten hat die menschliche Bevölkerung in einer Reihe von Branchen große technische Fortschritte erzielt. Die Entwicklung dieser anthropogenen Aktivitäten hat zu einem Anstieg der Treibhausgasemissionen wie Kohlendioxid geführt und die Eigenschaften der Atmosphäre verändert. Infolgedessen hat die Wärmespeicherung in der Atmosphäre zugenommen, was zu einer globalen sowie Ozeanerwärmung führt. Darüber hinaus wird der Überschuss an Kohlendioxid, der in die Atmosphäre ausgeworfen wird, im Wesentlichen von den Weltmeeren, die das Erdklima puffern, aufgenommen. Dies kann jedoch marine Organismen negativ beeinträchtigen. In der Tat reagiert das Kohlendioxid mit dem Meerwasser und setzt Wasserstoffionen frei, die zur Versauerung des Ozeans führen. Das kann an einem Anstieg des Partialdrucks von CO2 und einem Abfall des pH-Wertes gemessen werden. Dieser als Ozeanversauerung bezeichnete Prozess, bedroht zusammen mit der Erwärmung des Ozeans die Meeresorganismen.
In den letzten Jahrzehnten haben viele Experimente die Auswirkung zukünftiger PCO2-Werte (CO2 Partialdruck) oder zukünftiger Temperaturen auf marine Organismen und Ökosysteme untersucht. Es gibt jedoch immer noch wichtige Wissenslücken darüber, wie die beiden Stressoren miteinander und mit ihren Auswirkungen interagieren könnten, insbesondere bei den komplexeren Arten. Eine Reihe kommerzieller Fischarten gehört zur höchsten Stufe der trophischen Nahrungskette. Da sie wichtige Arten im Ökosystem sind, aber auch um die Ernährungssicherheit zu fördern ist es daher von entscheidender Bedeutung, verlässliche Kenntnisse und verlässliche quantitative Daten zu erlangen, um die Zukunft dieser Arten in dem veränderten Lebensraum zu beurteilen und Managemententscheidungen zu treffen.
In dieser Doktorarbeit wurden wichtige Fitnessmerkmale der Laven des europäischen Wolfbarschs (Dicentrarchus labrax) auf die Wirkung von drei PCO2-Spiegeln (650, 1150, 1700 µatm; pH 8.0, 7.8, 7.6) auf zwei Temperaturniveaus (15 und 20°C) untersucht. Die Temperatur beeinflusste signifikant die Wachstumsraten und die kritische Schwimmgeschwindigkeit der Individuen und führte wahrscheinlich zu Energieverschiebungen zwischen den beiden zugrunde liegenden Mechanismen. Die Versauerung der Ozeane und die Erwärmung der Ozeane wirkten sich synergistisch auf die Entwicklung der Otolithen und das Kalzifizieren der Knochen aus.
In dieser Arbeit werden auch wichtige Wissenslücken in Bezug auf 1) die Wechselwirkung von Ozeanversauerung und Erwärmung mit der Verfügbarkeit von Nahrung und 2) das Potential für Akklimatisierung angesprochen. Bis jetzt wurden in dem Großteil der Forschungsarbeiten bei der Durchführung von Experimenten erhebliche Mengen an Futter gefüttert. Die vorliegende Arbeit zeigt, dass eine Wechselwirkung zwischen Versauerung, Erwärmung und Nahrungsverfügbarkeit besteht und, dass die negativen Auswirkungen der Ozeanversauerung, die bei Wolfsbarschlarven beobachtet wurden, die warmen Bedingungen ausgesetzt sind, durch erhöhte Nahrungsrationen gemildert werden konnten. Bei einer Fütterung mit eingeschränkten Rationen, gehen Änderungen der Energieaufteilung wahrscheinlich zu Lasten der Verdauungseffizienz aufgrund einer Verringerung der Enzymaktivitäten. Trotz der ökologischen Relevanz von der Fütterung von Rationen, wurde auch festgestellt, dass frühere Studien größtenteils von kurzer Dauer waren. Daher können sie die langfristigen Auswirkungen zukünftiger Umweltbedingungen auf Populationen möglicherweise nicht genau vorhersagen.
Um zu untersuchen, ob sich Wolfsbarsch anpassen oder akklimatisieren kann, haben wir eine generationenübergreifende Studie durchgeführt. Wir bewerteten die Leistungsfähigkeit bei den Nachkommen von Eltern, die den projizierten Umweltbedingungen ausgesetzt waren. Die Ergebnisse zeigten das Potenzial für die Plastizität der Art über Generationen, da die Schwimmkapazität bei warmen Temperaturen zwar verringert wurde, die negativen Auswirkungen der Temperatur jedoch bei den Nachkommen verschwanden.
Insgesamt zeigt diese Dissertation, dass die Ozeanversauerung synergistisch mit der Erwärmung die Wolfsbarschpopulationen bedrohen kann. Die genauen Auswirkungen sind jedoch sehr schwer vorherzusagen, da sie von anderen Faktoren abhängig sind, wie etwa der Verfügbarkeit von Nahrung und der Konditionierung der Eltern.

During the last centuries the human population has made major technical advancements in a number of industries. The development of these anthropogenic activities has led to an increase in greenhouse gas emissions such as carbon dioxide, altering the properties of the atmosphere. As a result, atmosphere heat retention has increased, causing global warming and by transfer ocean warming. In addition, the excess in carbon dioxide ejected in the atmosphere is substantially taken up by the world’s oceans, buffering the earth climate but negatively impacting marine life. Indeed, carbon dioxide reacts with the seawater and releases hydrogen ions, leading to the acidification of the ocean which can be measured by a rise in the partial pressure of CO2 and a decrease in pH. This process, called ocean acidification, together with ocean warming, threatens marine organisms.

Over the last few decades, a number of experiments have examined the impact of either projected future levels of partial pressure of CO2 (PCO2) or future temperature on marine organisms and ecosystems. However, there are still important gaps in knowledge on how the two stressors might interact with each other and their combined effects, especially in more complex species. A number of commercial fish species are part of the top of the trophic food chain and thereby are of particular importance to investigate, not only to support food security but also as fundamental species of their ecosystems. It is thus crucial to obtain reliable knowledge and dependable quantitative data to assess the future of these species in the altered environment and help management decisions.

This thesis has examined the effect of three levels of PCO2 (650, 1150, 1700 µatm; pH 8.0, 7.8, 7.6) at two temperature levels (15 and 20°C), on a variety of key fitness traits in European sea bass larvae (Dicentrarchus labrax). Temperature significantly affected the growth rates and the critical swimming speed of the individuals and likely induced energy trade-offs between the two underlying mechanisms. Ocean acidification and ocean warming acted synergistically on otoliths development and bone calcification.

In this thesis, we also address important caveats regarding 1) interaction of ocean acidification and warming with food availability and 2) potential for acclimation. Until now, the majority of the research work has incorporated significant levels of feeding when conducting experiments. The present work demonstrates that an interaction exists between acidification, warming and food supply and that the negative impact of ocean acidification observed in sea bass juveniles exposed to warm conditions can be mitigated by elevated food rations. When fed with restricted rations, changes in energy partitioning are likely to happen at the cost of digestive efficiency through a reduction in enzyme activities. Despite the ecologic relevance of feeding rations, it has also been noticed that previous studies have been mostly of short duration. They therefore may not accurately predict the long-term effects of future conditions on marine populations. In order to investigate the potential for sea bass to adapt or acclimate we conducted a transgenerational study. We assessed the performance in the progeny of parents conditioned to the projected environment. Results highlighted the potential for transgenerational plasticity in the species since swimming capacity was first reduced at warm temperature but the negative impact of temperature disappeared in the offspring.

Overall, this dissertation demonstrates that ocean acidification may act synergistically with warming, threatening sea bass populations. The exact effects, however, are very difficult to predict given that they rely on other factors, such as food availability and parental conditioning.
URL: https://ediss.sub.uni-hamburg.de/handle/ediss/6081
URN: urn:nbn:de:gbv:18-101211
Dokumenttyp: Dissertation
Betreuer*in: Peck, Myron A. (Prof. Dr.)
Enthalten in den Sammlungen:Elektronische Dissertationen und Habilitationen

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