Invasion ecology of marine macroalgae : the relevance of stress resistance for the invasion success of Gracilaria vermiculophylla and consequences of its spread

Hammann, Mareike

Originating from East Asia, the perennial red macroalga Gracilaria vermiculophylla (Ohmi) Papenfuss has successfully invaded several temperate areas of the Northern hemisphere and continues to spread. In its new range, the seaweed tends to form local mass appearances and to dominate the native community. A high tolerance towards both abiotic and biotic environmental stressors could explain the invasion success of this species. I therefore compared the stress resistance of G. vermiculophylla from six native populations from South Korea and China and eight invasive populations from Europe and NW-Mexico. In short-term experiments G. vermiculophylla individuals were exposed to 1) heat shock, 2) UV-C-radiation and 3) elevated copper concentrations in the water. In a long-term experiment the seaweed had to cope with depletion stress (darkness in combination with low temperature and dryness) for several months. All experiments were carried out twice - one time in the native range in Qingdao, China and one time in the invaded range in Kiel, Germany - to rule out local acclimation effects. In order to compare the resistance against herbivory individuals of native and invasive G. vermiculophylla populations were fed to snails from the native (Littorina brevicula) and the invasive (Littorina littorea) range. In the Baltic Sea, G. vermiculophylla might threaten the habitat-forming native brown alga Fucus vesiculosus through direct competition for resources and by providing a shelter for mesograzers, which prefer to feed on F. vesiculosus. Mesocosm-experiments were conducted over one year in the Kiel Fjord in order to test the direct and indirect effects of G. vermiculophylla on F. vesiculosus.

Die aus Ostasien stammende mehrjährige Rotalge Gracilaria vermiculophylla (Ohmi) Papenfuss hat erfolgreich zahlreiche Gebiete in den gemäßigten Breiten der nördlichen Hemisphäre neu besiedelt und breitet sich auch weiterhin aus. In den neu besiedelten Gebieten bildet die Alge oftmals lokale Massenvorkommen aus und neigt dazu, die heimischen Gemeinschaften zu dominieren. Eine hohe Toleranz gegenüber abiotischen und biotischen Umweltparametern könnte den Invasionserfolg dieser Art erklären. Ich verglich deshalb die Stressresistenz von sechs nativen Populationen von G. vermiculophylla aus Südkorea und China mit der Stresstoleranz von acht invasiven Populationen aus Europa und NW-Mexiko. In Kurzzeit-Experimenten wurden G. vermiculophylla-Individuen folgenden Stressoren ausgesetzt: 1) Hitzeschock, 2) UV-C-Strahlung, 3) erhöhte Kupferkonzentrationen im Wasser. In einem Langzeitexperiment musste die Alge mehrmonatigen Mangelstress (Dunkelheit kombiniert mit niedrigen Temperaturen und Austrocknung) erdulden. Alle Experimente wurden zweimal durchgeführt – einmal im nativen Gebiet in Qingdao, China und einmal im neu besiedelten Gebiet in Kiel, Deutschland, um lokale Akklimatisierungseffekte auszuschließen. Um die Resistenz gegenüber Herbivorie zu vergleichen wurden Individuen, die aus nativen und invasiven G. vermiculophylla-Populationen stammten, an Schnecken aus dem Ursprungsgebiet der Alge (Littorina brevicula) und aus dem neu besiedelten Gebiet (L. littorea) verfüttert. In der Ostsee könnte G. vermiculophylla die native Braunalge Fucus vesiculosus – die ein wichtiges Habitat für zahlreiche Arten darstellt – sowohl durch direkte Konkurrenz um Ressourcen bedrohen als auch dadurch, dass sie einen Lebensraum für Mesograzer bietet, die jedoch bevorzugt F. vesiculosus fressen. Über ein Jahr hinweg wurden Mesokosmen-Experimente in der Kieler Förde durchgeführt um den direkten und den indirekten Effekt von G. vermiculophylla auf F. vesiculosus zu untersuchen.

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Hammann, Mareike: Invasion ecology of marine macroalgae : the relevance of stress resistance for the invasion success of Gracilaria vermiculophylla and consequences of its spread.

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