Simultaneous enumeration of diatom, protozoa and meiobenthos from marine sediments using Ludox-QPS method

The Ludox-QPS method is a newly developed technique, which combines the Ludox HS 40 density centrifugation and quantitative protargol stain, to enumerate marine ciliates with good taxonomic resolution. We tested the method for simultaneous enumeration of diatoms, protozoa and meiobenthos and compared its extraction efficiency for meiobenthos with that of the routine Ludox-TM centrifugation and a modified protocol using Ludox HS 40. We conducted the evaluation with a sample size of 8.3 ml each from sandy, muddy-sand and muddy sediments collected from the intertidal area of the Yellow Sea in summer 2006 and spring 2007. The Ludox-QPS method not only produced high extraction efficiencies of 97 +/- 1.3% for diatoms and 97.6 +/- 0.8% for ciliates, indicating a reliable enumeration for eukaryotic microbenthos, but also produced excellent extraction efficiencies of on average 97.3% for total meiobenthos, 97.9% for nematodes and 97.8% for copepods from sands, muddy sands and mud. By contrast, the routine Ludox-TM centrifugation obtained only about 74% of total meiobenthos abundance with one extraction cycle, and the modified Ludox HS 40 centrifugation yielded on average 93% of total meiobenthos: 89.4 +/- 2.0% from sands, 93 +/- 4.1% from muddy sands and 97.1 +/- 3.0% from mud. Apart from the sediment type, sample volume was another important factor affecting the extraction efficiency for meiobenthos. The extraction rate was increased to about 96.4% when using the same modified Ludox centrifugation for a 4 ml sediment sample. Besides the excellent extraction efficiency, the Ludox-QPS method obtained higher abundances of meiobenthos, in particular nematodes, than the routine Ludox centrifugation, which frequently resulted in an uncertain loss of small meiobenthos during the sieving process. Statistical analyses demonstrated that there were no significant differences between the meiobenthos communities revealed by the Ludox-QPS method and the modified Ludox HS 40 centrifugation, showing the high efficiency of the Ludox-QPS method for simultaneous enumeration of diatom, protozoa and meiobenthos. Moreover, the comparatively high taxonomic resolution of the method, especially for diatoms and ciliates, makes it feasible to investigate microbial ecology at community level.

Meiobenthos and macrobenthos are discrete entities and not artefacts of sampling a size continuum: Comment on Bett (2013)

Species size distributions for metazoan benthic invertebrates conform to the highly conservative bimodal pattern, regardless of the sieve mesh sizes or numbers of sieves used in their extraction. This pattern is not an artefact of sampling a size continuum as suggested by computer simulations using just 2 fixed mesh sizes in Bett (2013; Mar Ecol Prog Ser 487:1-6). Meiobenthos and macrobenthos are coherent entities, each with a distinct suite of functional attributes, and should not be regarded as a single unit for ecological modelling purposes.

Meiobenthos of the Shelf Waters of West Coast of India With Special Reference to Free-Living Marine Nematodes

Department of Marine Biology, Microbiology and Biotechnology, Cochin University of Science and Technology

Meiobenthos of Cochin backwaters in relation to macrobenthos and environmental parameters

Department of Marine Biology, Microbiology and Biochemistry, Cochin University of Science and Technology

Risposta del Meiobenthos all'input di detrito da barriere artificiali

Le aree costiere hanno un ruolo fondamentale nello sviluppo economico, sociale e politico della maggior parte dei paesi; esse supportano infatti diversi ecosistemi produttivi che rendono disponibili beni e servizi. L'importanza economica delle aree costiere è destinata a una considerevole crescita a causa del costante aumento delle popolazioni, delle industrie e delle attività  ricreazionali che si concentrano sempre di più sulle coste e ciò può provocare un'alterazione delle linee di costa, imputabile a più fattori e un deterioramento delle condizioni naturali. E' necessario anche tenere da conto dei processi erosivi, sia imputabili a cause naturali (correnti oceaniche, movimenti di marea; azione del vento) sia a cause antropiche (subsidenza del terreno indotta dall'uomo, dragaggio al largo, riduzione del rifornimento di sedimento dai fiumi, distruzione di letti algali, paludi e dune sabbiose). A questo panorama va poi aggiunto il problema dell'innalzamento del livello del mare e dell'aumento delle frequenze di tempeste, come conseguenza del cambiamento climatico globale. In questo contesto quindi, le strutture rigide di difesa contro l'erosione e le mareggiate sono diventate molto comuni nelle aree costiere, coinvolgendo in alcune regioni più della metà della linea di costa. Il meccanismo di difesa attuato dalle barriere consiste nel provocare una riduzione dell'energia delle onde e conseguentemente in una limitazione della quantità di sedimento che viene da loro rimosso dalla spiaggia. La presenza di strutture rigide di difesa generalmente comporta una perdita di habitat di fondale molle e, a causa delle variazioni idrodinamiche che la loro presenza comporta, anche delle comunità ad esso associate, sia su scala locale, che su scala regionale. Uno dei problemi che tali strutture possono indurre è l'eccessiva deposizione di detrito prodotto dalle specie che si insediano sul substrato duro artificiale, che normalmente non fanno parte delle comunità "naturali" di fondo molle circostanti le strutture. Lo scopo di questo studio è stato quello di cercare di evidenziare gli effetti che la deposizione di tale detrito potesse avere sulle comunita meiobentoniche di fondale molle. A tale fine è stata campionata un'area antistante la località di Lido di Dante (RA), la quale è protetta dal 1996 da una struttura artificiale, per fronteggiare il problema dell'erosione della zona, in aumento negli ultimi decenni. La struttura è costituita da una barriera semisoffolta e tre pennelli, di cui uno completamente collegato alla barriera. A circa 50 m dalla barriera, e alla profondità di 4 m circa, è stato allestito un esperimento manipolativo in cui è stato valutato l'effetto della deposizione delle due specie dominanti colonizzanti la barriera, Ulva sp. e Mitili sp. sull'ambiente bentonico, e in particolare sulla comunità  di meiofauna. Ulva e Mitili sono stati posti in sacche di rete che sono state depositate sul fondo al fine di simulare la deposizione naturale di detrito, e tali sacche hanno costituito i trattamenti dell'esperimento, i quali sono stati confrontati con un Controllo, costituito da sedimento non manipolato, e un Controllo Procedurale, costituito da una sacca vuota. Il campionamento è stato fatto in tre occasioni nel giugno 2009 (dopo 2 giorni, dopo 7 giorni e dopo 21 giorni dall'allestimento dell'esperimento) per seguire la dinamica temporale degli effetti del detrito. Per ogni combinazione tempo/trattamento sono state prelevate 4 repliche, per un totale di 48 campioni. Successivamente sono stati prelevati ulteriori campioni di meiofauna in condizioni naturali. In particolare sono stati raccolti in due Posizioni diverse, all'Interno e all'Esterno del pennello posto più a Sud, e su due substrati differenti, rispettivamente Ulva proveniente dalle barriere e sedimento privo di detrito. Per ogni combinazione Posizione/Substrato sono state prelevate 3 repliche, ottenendo un totale di 12 campioni. Tutti i campioni prelevati sono stati poi trattati in laboratorio tramite la procedura di filtratura, pulizia e centrifuga indicata dal protocollo. A questa fase è seguito il sorting al microscopio, durante il quale la meiofauna è stata identificata ed enumerata a livello di taxa maggiori. Per quanto riguarda il taxon più abbondante, quello dei Nematodi, si è proceduto anche all'analisi della distribuzione della biomassa per classi di taglia, in quanto descrittore funzionale delle comunità. Per la costruzione degli spettri di biomassa per classi di taglia sono state misurate la lunghezza e larghezza dei primi 100 Nematodi presenti nei campioni. A partire da tali valori dimensionali è stata calcolata la biomassa di ogni individuo, usata poi per la costruzione dei size spectra, tramite tre metodiche messe a confronto: "Nematode Biomass Spectra" (NBS), "Normalised Nematode Biomass Spectra"(NNBS), "Mean Cumulative Biomass Spectra" (MC-NBS). Successivamente la composizione e la struttura della comunità meiobentonica, in termini di consistenza numerica e di rapporti reciproci di densità degli organismi che la compongono e variabili dimensionali, sono state analizzate mediante tecniche di analisi univariate e multivariate. Ciò che emerge generalmente dai risultati dell'esperimento è la mancanza di interazione significativa tra i due fattori, tempi e trattamenti, mentre sono risultati significativi i due fattori principali, considerati singolarmente. Tali esiti sono probabilmente imputabili all'elevata variabilità fra campioni dei trattamenti e delle patches di controllo. Nonostante ciò l'analisi dei risultati ottenuti permette di effettuare alcune considerazioni interessanti. L'analisi univariata ha mostrato che nel confronto tra trattamenti non ci sono differenze significative nel numero medio di taxa rinvenuti, mentre il livello di diversità e di equidistribuzione degli individui nei taxa differisce in maniera significativa, indicando che la struttura delle comunità varia in funzione dei trattamenti e non in funzione del tempo. Nel trattamento Ulva si osservano le densità più elevate della meiofauna totale imputabile prevalentemente alla densità dei Nematodi. Tuttavia, i valori di diversità e di equiripartizione non sono risultati più elevati nei campioni di Ulva, bensì in quelli di Mitili. Tale differenza potrebbe essere imputabile all'inferiorità numerica dei Nematodi nei campioni di Mitili. Questo andamento è stato giustificato dai differenti tempi di degradazione di Mitili e Ulva posti nelle sacche durante l'esperimento, dai quali emerge una più rapida degradazione di Ulva; inoltre la dimensione ridotta della patch analizzata, i limitati tempi di permanenza fanno sì che l'Ulva non rappresenti un fattore di disturbo per la comunità analizzata. Basandosi su questo concetto risulta dunque difficile spiegare l'inferiorità numerica dei Nematodi nei campioni del trattamento Mitili, in quanto i tempi di degradazione durante l'esperimento sono risultati più lenti, ma è anche vero che è nota l'elevata resistenza dei Nematodi ai fenomeni di ipossia/anossia creata da fenomeni di arricchimento organico. E' possibile però ipotizzare che la presenza delle valve dei Mitili aumenti la complessità dell'habitat e favorisca la colonizzazione da parte di più specie, tra cui specie predatrici. Tale effetto di predazione potrebbe provocare la riduzione dell'abbondanza media dei Nematodi rispetto a Ulva e al Controllo, in quanto i Nematodi costituiscono circa l'85% della meiofauna totale rinvenuta nei campioni. A tale riduzione numerica, però, non corrisponde un decremento dei valori medi di biomassa rilevati, probabilmente a causa del fatto che l'arricchimento organico dovuto ai Mitili stessi favorisca la permanenza degli individui più facilmente adattabili a tali condizioni e di dimensioni maggiori, oppure, la colonizzazione in tempi successivi delle patches a Mitili da parte di individui più grandi. Anche i risultati dell'analisi multivariata sono in accordo con quanto rilevato dall'analisi univariata. Oltre alle differenze tra tempi si evidenzia anche un'evoluzione della comunità nel tempo, in particolar modo dopo 7 giorni dall'allestimento dell'esperimento, quando si registrano il maggior numero di individui meiobentonici e il maggior numero di taxa presenti. Il taxon che ha risentito maggiormente dell'influenza dei tempi è quello degli Anfipodi, con densità maggiori nei campioni prelevati al secondo tempo e sul trattamento Ulva. E'importante considerare questo aspetto in quanto gli Anfipodi sono animali che comprendono alcune specie detritivore e altre carnivore; le loro abitudini detritivore potrebbero quindi aumentare il consumo e la degradazione di Ulva, spiegando anche la loro abbondanza maggiore all'interno di questo trattamento, mentre le specie carnivore potrebbero concorrere al decremento del numero medio di Nematodi nei Mitili. Un risultato inatteso della sperimentazione riguarda l'assenza di differenze significative tra trattamenti e controlli, come invece era lecito aspettarsi. Risultati maggiormente significativi sono emersi dall'analisi del confronto tra sedimento privo di detrito e sedimento contenente Ulva provenienti dal contesto naturale. Relativamente all'area esterna alla barriera, sono stati confrontati sedimento privo di detrito e quello sottostante l'Ulva, nelle condizioni sperimentali e naturali. Globalmente notiamo che all'esterno della barriera gli indici univariati, le densità totali di meiofauna, di Nematodi e il numero di taxa, si comportano in maniera analoga nelle condizioni sperimentali e naturali, riportando valori medi maggiori nei campioni prelevati sotto l'Ulva, rispetto a quelli del sedimento privo di detrito. Differente appare invece l'andamento delle variabili e degli indici suddetti riguardanti i campioni prelevati nell'area racchiusa all'interno della barriera, dove invece i valori medi maggiori si rilevano nei campioni prelevati nel sedimento privo di detrito. Tali risultati possono essere spiegati dall'alterazione dell'idrodinamismo esercitato dalla barriera, il quale provoca maggiori tempi di residenza del detrito con conseguente arricchimento di materia organica nell'area interna alla barriera. Le comunità dei sedimenti di quest'area saranno quindi adattate a tale condizioni, ma la deposizione di Ulva in un contesto simile può aggravare la situazione comportando la riduzione delle abbondanze medie dei Nematodi e degli altri organismi meiobentonici sopracitata. Per quel che riguarda i size spectra la tecnica che illustra i risultati in maniera più evidente è quella dei Nematode Biomass Spectra. I risultati statistici fornitici dai campioni dell'esperimento, non evidenziano effetti significativi dei trattamenti, ma a livello visivo, l'osservazione dei grafici evidenzia valori medi di biomassa maggiori nei Nematodi rilevati sui Mitili rispetto a quelli rilevati su Ulva. Differenze significative si rilevano invece a livello dei tempi: a 21 giorni dall'allestimento dell'esperimento infatti, le biomasse dei Nematodi misurati sono più elevate. Relativamente invece ai size spectra costruiti per l'ambiente naturale, mostrano andamento e forma completamente diversi e con differenze significative tra l'interno e l'esterno della barriera; sembra infatti che la biomassa nella zona interna sia inibita, portando a densità maggiori di Nematodi, ma di dimensioni minori. All'esterno della barriera troviamo invece una situazione differente tra i due substrati. Nel sedimento prelevato sotto l'Ulva sembra infatti che siano prevalenti le classi dimensionali maggiori, probabilmente a causa del fatto che l'Ulva tende a soffocare le specie detritivore, permettendo la sopravvivenza delle specie più grosse, composte da predatori poco specializzati, i quali si cibano degli organismi presenti sull'Ulva stessa. Nel sedimento privo di detrito, invece, la distribuzione all'interno delle classi segue un andamento completamente diverso, mostrando una forma del size spectra più regolare. In base a questo si può ipotizzare che la risposta a questo andamento sia da relazionarsi alla capacità di movimento dei Nematodi: a causa della loro conformazione muscolare i Nematodi interstiziali di dimensioni minori sono facilitati nel movimento in un substrato con spazi interstiziali ridotti, come sono nel sedimento sabbioso, invece Nematodi di dimensioni maggiori sono più facilitati in sedimenti con spazi interstiziali maggiori, come l'Ulva. Globalmente si evidenzia una risposta della comunità  bentonica all'incremento di detrito proveniente dalla struttura rigida artificiale, ma la risposta dipende dal tipo di detrito e dai tempi di residenza del detrito stesso, a loro volta influenzati dal livello di alterazione del regime idrodinamico che la struttura comporta. Si evince inoltre come dal punto di vista metodologico, le analisi univariate, multivariate e dei size spectra riescano a porre l'accento su diverse caratteristiche strutturali e funzionali della comunità. Rimane comunque il fatto che nonostante la comunità scientifica stia studiando metodiche "taxonomic free" emerge che, se da un lato queste possono risultare utili, dall'altro, per meglio comprendere l'evoluzione di comunità, è necessaria un'analisi più specifica che punti all'identificazione almeno delle principali famiglie. E'importante infine considerare che l'effetto riscontrato in questo studio potrebbe diventare particolarmente significativo nel momento in cui venisse esteso alle centinaia di km di strutture artificiali che caratterizzano ormai la maggior parte delle coste, la cui gestione dovrebbe tenere conto non soltanto delle esigenze economico-turistiche, e non dovrebbe prescindere dalla conoscenza del contesto ambientale in cui si inseriscono, in quanto, affiancati a conseguenze generali di tali costruzioni, si incontrano molti effetti sitospecifici.

Meiobenthos investigations in the Black Sea during Poseidon cruise POS317/3

Meiobenthos densities and higher taxon composition were studied in an active gas seepage area at depths from 182 to 252 m in the submarine Dnieper Canyon located in the northwestern part of the Black Sea. The meiobenthos was represented by Ciliata, Foraminifera, Nematoda, Polychaeta, Bivalvia, Gastropoda, Amphipoda, and Acarina. Also present in the sediment samples were juvenile stages of Copepoda and Cladocera which may be of planktonic origin. Nematoda and Foraminifera were the dominant groups. The abundance of the meiobenthos varied between 2397 and 52593 Ind./m**2. Maximum densities of Nematoda and Foraminifera were recorded in the upper sediment layer of a permanent H2S zone at depths from 220 to 250 m. This dense concentration of meiobenthos was found in an area where intense methane seeps were covered by methane-oxidizing microbial mats. Results suggest that methane and its microbial oxidation products are the factors responsible for the presence of a highly sulfidic and biologically productive zone characterized by specially adapted benthic groups. At the same time, an inverse correlation was found between meiofauna densities and methane concentrations in the uppermost sediment layers. The hypothesis is that the concentration of Nematoda and Foraminifera within the areas enriched with methane is an ecological compromise between the food requirements of these organisms and their adaptations to the toxic H2S.

Meiobenthos at the Arctic Håkon Mosby Mud Volcano

Håkon Mosby Mud Volcano (HMMV, SW Barents Sea slope, 1280 m) is one of the numerous cold methane-venting seeps existing along the continental margins. Analyses of video-guided core samples revealed extreme differences in the diversity and density of the metazoan meiobenthic communities associated with the different sub-habitats (centre, microbial mats, Pogonophora field, outer rim) of this mud volcano. Diversity was lowest in the sulphidic, microbial mat sediments that supported the highest standing stock, with unusually high densities (11000 ind./10 cm**2) of 1 nematode species related to Geomonhystera disjuncta. Stable carbon isotope analyses revealed that this nematode species was thriving on chemosynthetically derived food sources in these sediments. Ovoviviparous reproduction has been identified as an important adaptation of parents securing the survival and development of their brood in this toxic environment. The proliferation of this single species in exclusive association with free-living, sulphide-oxidising bacteria (Beggiatoa) indicates that its dominance is strongly related to trophic specialisation, evidently uncommon among the meiofauna. This chemoautotrophic association was replaced by copepods in the bare, sulphide-free sediments of the volcano's centre, dominated by aerobic methane oxidation as the chemosynthetic process. Copepods and nauplii reached maximum densities and dominance in the volcano's centre (500 ind./10 cm**2). Their strongly depleted carbon isotope signatures indicated a trophic link with methane-derived carbon. This proliferation of only selected meiobenthic species supported by chemosynthetically derived carbon suggests that, in addition to the sediment geochemistry, the associated reduced meiobenthic diversity may equally be related to the trophic resource specificity in HMMV sub-habitats.

Abundance and biomass of meiobenthos in the Black Sea during Mare Nigrum cruise S-RO2

Dataset containing meiobenthos data for samples collected during the September 2008 Sesame Cruise in the North-West Black Sea on board of the Romanian R/V Mare Nigrum. Meiobenthos samples were collected in 5 stations, using a multicorer MARK II-400. The dataset includes 5 samples analysed for meiobenthos species composition, abundance and biomass. The entire washed sample was analyzed under the binocular stereomicroscope. Meiobenthic species were identified and enumerated; some meiobenthic species were identified and enumerated only at higher taxonomic level. Taxonomic identification was done at GEOECOMAR.