Dissertation (Metadata)
Title:Benthic interactions in a high CO2-world
 
Author:Yasmin Shirin Appelhans
 
URN:NBN:urn:nbn:de:gbv:8-diss-93050
 
Faculty:Faculty of Mathematics and Natural Sciences
DDC:500 Science
 
Date of thesis defense:2012-07-10
 
Referent:Prof. Dr. Martin Wahl
second reviewer(s) :Prof. Dr. Frank Melzner
 
Description (original):The Baltic Sea is a physically diverse habitat with a generally low species diversity. The blue mussel Mytilus edulis is widely distributed in the benthic macrozoobenthos of the Western Baltic, the main predators of which are the common sea star Asterias rubens and the shore crab Carcinus maenas. Any environmental stress influencing the predator-prey interactions between these species has the potential to shape the entire ecosystem. The current increase in atmospheric pCO2 causes a concurrent increase in the acidification of seawater and can thus pose such an environmental stress. In coastal habitats and specifically the Baltic Sea, the decrease of seawater pH can be much more pronounced than in the open ocean. In order to estimate possible interaction shifts in the macrozoobenthos under conditions of seawater acidification, this work investigates the effect of an increase in water pCO2 on the predators A. rubens and C. maenas and their consumption of M. edulis. The results of three different own studies show an impact of increased seawater pCO2 around 3500 μatm on growth and mussel consumption in adult sea stars and a seawater pCO2 of around 1200 μatm to impact growth, mussel consumption, scope for growth and righting response of juvenile A. rubens. Mussel sizes consumed, metabolism, NH4+-excretion and calcification were, however, not impacted by an increase in seawater acidification and coelomic pH not regulated by means of active bicarbonate accumulation. Crabs were impacted in metabolism, NH4+-excretion, O:N-ratio and metabolic energy loss at a seawater pCO2 of about 3500 μatm. Mussel consumption was only impacted at a pCO2 of 3500 μatm, over intermediate time spans (10 weeks), but not over a longer (six month) time span. Hemolyph pH was regulated to remain at control levels by active bicarbonate accumulation at intermediate (10 week) time spans over all levels of seawater acidification, while hemolymph pH followed the non-bicarbonate buffer line at the intermediate (around 1200 μatm) level and was only regulated at the high (around 3500 μatm) treatment level over the long (six month) time span. Moulting intervals, growth, mussel sizes consumed, carapace thickness, stability, dry weight and calcification were not influenced by seawater acidification These results indicate a change in feeding pressure on the blue mussel M. edulis under future high levels of seawater acidification. Further, A. rubens appears stronger impacted by seawater acidification than C. maenas and juvenile A. rubens even stronger than adult specimen. I conclude that seawater acidification has the potential to reshape the benthic ecosystem of the Western Baltic. This work therefore helps to understand ecosystem responses to environmental stress and contributes to making predictions on future species distributions in the Baltic Sea.
 
(translated):Die Ostsee ist ein physikalisch diverses Habitat mit einer allgemein geringen Artenvielfalt. Die Miesmuschel Mytilus edulis ist im benthischen Makrozoobenthos der westlichen Ostsee weit verbreitet. Ihre Hauptprädatoren sind der gemeine Seestern Asterias rubens und die Strandkrabbe Carcinus maenas. Jede Form von Umweltstress, der die Interaktionen zwischen diesen Arten beeinflussen kann, hat das Potential das gesamte Ökosystem zu verändern. Der aktuelle Anstieg in atmosphärischem pCO2 verursacht eine gleichzeitige Ansäuerung des Seewassers und kann somit einen solchen Umweltstress darstellen. In Küstengebieten und insbesondere in der Ostsee kann die Abnahme in Seewasser pH noch stärker ausfallen als im offenen Ozean. Um mögliche Verschiebungen in den Interaktionen im Makrozoobenthos unter Seewasserversauerung zu machen, untersucht diese Arbeit den Effekt eines Anstiegs in pCO2 auf die Prädatoren A. rubens und C. maenas und deren Fraß von M. edulis. Die Resultate aus drei verschiedenen eigenen Studien zeigen einen Einfluss von erhöhtem Seewasser pCO2 von ca. 3500 μatm auf Wachstum und Muschelfraß von adulten Seesternen und eine Beeinflussung von Wachstum, Muschelfraß, Energieverhältnissen und Umdrehgeschwindigkeit ab ca. 1200 μatm bei juvenilen A. rubens. Gefressene Muschelgrößen, Metabolismus, NH4+-Exkretion und Kalzifizierung wurden jedoch nicht beeinflusst und der Coelom-pH wurde nicht durch aktive Akkumulation von Bikarbonat reguliert. Die Krebse wurden in Metabolismus, NH4+-Exkretion, O:N-Verhältnis und metabolischem Energieverlust von einem Seewasser pCO2 von ca. 3500 μatm beeinflusst. Muschelfraß änderte sich bei einem pCO2 von 3500 μatm nur bei einer mittleren experimentellen Läge von zehn Wochen und nicht bei einer längeren Phase von sechs Montaten. Der Hämolymph-pH wurde durch aktive Akkumulation von Bikarbonat nur über die mittlere (zehn Wochen) Experimentalzeit bei allen pCO2-Werten auf reguliert, während er über die Sechsmonatsphase nur bei ca. 3500 μatm auf Kontrollniveau gehalten wurde, bei ca. 1200 μatm der nicht-Bikarbonaten Pufferlinie folgte. Häutungsintervalle, Wachstum, gefressene Muschelgrößen, Carapaxdicke, - stabilität, -trockengewicht und –kalzifizierung wurden nicht von der Seewasserversauerung beeinflusst. Diese Resultate indizieren eine Veränderung des Fraßdruckes auf die Miesmuschel M. edulis unter zukünftig hohen Werten des Seewasser pCO2s. Darüber hinaus scheint A. rubens stärker durch diesen Umweltstress beeinflusst zu sein, als C. maenas und juvenile A.rubens stärker als adulte Exemplare. Ich schließe aus den Ergebnissen, dass Seewasserversauerung das Potential hat, das benthische Ökosystem der westlichen Ostsee zu verändern. Diese Arbeit hilft somit, die Auswirkungen von Umweltstress auf Ökosysteme zu verstehen und trägt dazu bei, Vorraussagen über zukünftige Artenverteilungen in der Ostsee zu machen.
 
Keywords:Acidification, CO2, Baltic Sea, interactions, predator-prey, sea star, crab, mussel, Asterias, Carcinus, Mytilus
 
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