Ecological investigations in the wadden area off Borkum, East Frisian Islands, Germany

Die Bodentiergemeinschaft des Wattenmeeres ist von Frühjahr bis Herbst eines jeden Jahres durch extrem hohe Dichten von Jungtieren charakterisiert. Die Kenntnisse über die Ansiedlung von fplanktischen Larven im Wattenmeer, sowie die Dynamik postlarvaler Stadien sind aufgrund der üblicherweise verwendeten, großen Siebmaschenweiten gering. Gerade aber diesen Altersstadien kommt möglicherweise eine besondere Stellung im Energiefluß des Wattenmeeres zu. An 5 Stationen (von NWL bis HWL, B1-B5) im Rückseitenwatt der ostfriesischen Insel Borkum wurden 1986 Ansiedlung, räumliche Verteilung, Wachstum, Mortalität und Produktion der Altersklasse 0 von Macoma balthica, Mya arenaria und Cerastoderma edule untersucht. Um die Ansiedlung der planktotrophen Larven dieser Arten zu beschreiben, wurden ihre Dichten in Plankton und Bodenproben miteinander verglichen. Die Untersuchungen zur Dynamik der benthischen Stadien wurden mit zwei in der Probenfläche und der Siebmaschenweite unterschiedlichen Probenserien durchgeführt. Die Drift postlarvaler Stadien wurde durch bodennahe Planktonfänge innerhalb des Eulitorals nachgewiesen. Parallel zu den Untersuchungen an der Endofauna wurden das Vorkommen und die Größe epibenthischer Räuber im Untersuchungsgebiet erfaßt. Die Hauptansiedlung von M. balthica- und M. arenaria-Larven erfolgte nahezu gleichzeitig Ende Mai/Anfang Juni. Die meisten Larven beider Arten gingen an der prielnächsten (tiefsten) Station (B1) zum Bodenleben über, gefolgt von der nächst höher gelegenen Station B2. Während frühe Bodenstadien von M. arenaria nicht im oberen Bereich des Watts (B3,B4) gefunden wurden, ist eine geringfügige Erstansiedlung von M. balthica in diesem Gebiet nicht auszuschließen. Ein die Ansiedlung limitierender Einfluß der relativ dichten Mya arenaria-Siedlung an den Stationen B1 und B2 sowie der Alttiere von M. balthica konnte nicht festgestellt werden. Die Ähnlichkeit des Ansiedlungsprozesses bei beiden Arten, die sich im Zahlenverhältnis Larvenangebot zu Anzahl der ersten Bodenstadien widerspiegelt, kann ein Hinweis auf eine überwiegend passive Ansiedlung der Larven am Boden sein. Der Ort der Hauptansiedlung von C. edule wurde durch den Transekt nicht erfaßt. Die Station B2 war zwar durch ein Herzmuschelfeld charakterisiert, dieses war aber nach zwei Eiswintern nahezu vollständig eliminiert. Der Abundanz der planktischen Larven zufolge war der Hauptansiedlungszeitraum ebenfalls Ende Mai/Anfang Juni. Zu dieser Zeit wurden nur vereinzelt frühe Bodenstadien an den Stationen B1 und B2 gefunden, keine an den Stationen B3 und B4. Während die frühen postlarvalen Stadien von M. arenaria überwiegend am Ort der Ansiedlung blieben, verbreiteten sich die von M. balthica bis in den oberen Bereich des Untersuchungsgebietes (B3-B5). Analog zu der Besiedlung dieser Gebiete durch postlarvale M. balthica wurde die im Verlauf des Untersuchungsjahres stattfindende Kolonisierung der Station B1 durch C. edule ebenfalls postlarvalem Transport zugeschrieben. Demzufolge spielt bei beiden Muschelarten postlarvaler Transport eine wichtige Rolle bei der Besiedlung von Habitaten. Planktonfänge innerhalb der bodennahen Wasserschicht bestätigten, daß im Untersuchungsgebiet M. balthica die am stärksten verdriftende Muschelart war, gefolgt von C. edule. Mortalität, Wachstum, mittlere Biomasse, Produktion und P/B-Verhältnis wurden für M. balthica an den Stationen B1, B3 und B4 sowie für M. arenaria an der Station B1 bestimmt. Wachstum und damit auch Produktion beider Arten erwiesen sich hier - wie an den höher gelegen Stationen (nur M. balthica) - als durch größenselektiven Feinddruck beeinflußt. Der Effekt postlarvalen Transports auf Wachstum wird diskutiert. Übergreifend über die auf Artebene diskutierten Ergebnisse wird die Bedeutung der Dispersion postlarvaler Stadien und die Wirkung epibenthischen Feinddrucks im Wattenmeer erörtert. Der Vergleich postlarvalen Transportes mit der Dispersion planktischer Larvenstadien, der Dispersion von Meiofauna und der Mobilität adulter Stadien der Makrofauna verdeutlicht, daß es sich hierbei um eine Strategie handeln kann, innerhalb eines unvorhersagbaren Biotops freiwerdende Ressourcen zu nutzen und dadurch Konkurrenz zu vermeiden. Es wird die Hypothese aufgestellt, daß Initialansiedlung und Immigration einerseits sowie Feinddruck und Emigration andererseits einen Regelkreis darstellen, der in verschiedenen Teilbereichen des Watts mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abläuft.

Quartz and opaline silica in ocean sediments

A new method of quantitative analysis of quartz and opal in bottom sediments is developed. It is based on the study of sediment samples in form of suspensions in petrolatum where potassium rhodanate is added as an internal standard.

Simulated Bromoform emission and concentration using the ocean biogeochemistry model MPIOM/HAMOCC forced by 6-hourly NCEP data

Bromoform (CHBr3) is one important precursor of atmospheric reactive bromine species that are involved in ozone depletion in the troposphere and stratosphere. In the open ocean bromoform production is linked to phytoplankton that contains the enzyme bromoperoxidase. Coastal sources of bromoform are higher than open ocean sources. However, open ocean emissions are important because the transfer of tracers into higher altitude in the air, i.e. into the ozone layer, strongly depends on the location of emissions. For example, emissions in the tropics are more rapidly transported into the upper atmosphere than emissions from higher latitudes. Global spatio-temporal features of bromoform emissions are poorly constrained. Here, a global three-dimensional ocean biogeochemistry model (MPIOM-HAMOCC) is used to simulate bromoform cycling in the ocean and emissions into the atmosphere using recently published data of global atmospheric concentrations (Ziska et al., 2013) as upper boundary conditions. Our simulated surface concentrations of CHBr3 match the observations well. Simulated global annual emissions based on monthly mean model output are lower than previous estimates, including the estimate by Ziska et al. (2013), because the gas exchange reverses when less bromoform is produced in non-blooming seasons. This is the case for higher latitudes, i.e. the polar regions and northern North Atlantic. Further model experiments show that future model studies may need to distinguish different bromoform-producing phytoplankton species and reveal that the transport of CHBr3 from the coast considerably alters open ocean bromoform concentrations, in particular in the northern sub-polar and polar regions.

Abundance and biomass of in- and epibenthic invertebrate macrofauna in the German Bight from 1969 to 2000

In order to examine the long-term development of offshore macrozoobenthic soft-bottom communities of the German Bight, four representative permanent stations (MZB-SSd, -FSd, -Slt, -WB) have been sampled continuously since 1969. Inter-annual variability and possible long-term trends were analysed based on spring-time samples from 1969 until 2000. This is part of the ecological long-term series of the AWI and is supplemented by periodic large-scale mapping of the benthos. The main factors influencing the development of the benthic communities are biological interactions, climate, food supply (eutrophication) and the disturbance regime. The most frequent disturbances are sediment relocations during strong storms or by bottom trawling, while occasional oxygen deficiencies and extremely cold winters are important disturbance events working on a much larger scale. Benthic communities at the sampling stations show a large inter-annual variability combined with a variation on a roughly decadal scale. In accordance with large-scale system shifts reported for the North Sea, benthic community transitions occurred between roughly the 1970ies, 80ies and 90ies. The transitions between periods are not distinctly marked by strong changes but rather reflected in gradual changes of the species composition and dominance structure.

1H NMR Metabolomics Reveals Contrasting Response by Male and Female Mussels Exposed to Reduced Seawater pH, Increased Temperature, and a Pathogen

Human activities are fundamentally altering the chemistry of the world's oceans. Ocean acidification (OA) is occurring against a background of warming and an increasing occurrence of disease outbreaks, posing a significant threat to marine organisms, communities, and ecosystems. In the current study, 1H NMR spectroscopy was used to investigate the response of the blue mussel, Mytilus edulis, to a 90-day exposure to reduced seawater pH and increased temperature, followed by a subsequent pathogenic challenge. Analysis of the metabolome revealed significant differences between male and female organisms. Furthermore, males and females are shown to respond differently to environmental stress. While males were significantly affected by reduced seawater pH, increased temperature, and a bacterial challenge, it was only a reduction in seawater pH that impacted females. Despite impacting males and females differently, stressors seem to act via a generalized stress response impacting both energy metabolism and osmotic balance in both sexes. This study therefore has important implications for the interpretation of metabolomic data in mussels, as well as the impact of environmental stress in marine invertebrates in general.

Seawater carbonate chemistry and biological processes of Pandalus borealis during experiments, 2011

Ocean acidification (OA) resulting from anthropogenic emissions of carbon dioxide (CO2) has already lowered and is predicted to further lower surface ocean pH. There is a particular need to study effects of OA on organisms living in cold-water environments due to the higher solubility of CO2 at lower temperatures. Mussel larvae (Mytilus edulis) and shrimp larvae (Pandalus borealis) were kept under an ocean acidification scenario predicted for the year 2100 (pH 7.6) and compared against identical batches of organisms held under the current oceanic pH of 8.1, which acted as a control. The temperature was held at a constant 10°C in the mussel experiment and at 5°C in the shrimp experiment. There was no marked effect on fertilization success, development time, or abnormality to the D-shell stage, or on feeding of mussel larvae in the low-pH (pH 7.6) treatment. Mytilus edulis larvae were still able to develop a shell in seawater undersaturated with respect to aragonite (a mineral form of CaCO3), but the size of low-pH larvae was significantly smaller than in the control. After 2 mo of exposure the mussels were 28% smaller in the pH 7.6 treatment than in the control. The experiment with Pandalus borealis larvae ran from 1 through 35 days post hatch. Survival of shrimp larvae was not reduced after 5 wk of exposure to pH 7.6, but a significant delay in zoeal progression (development time) was observed.

Ocean acidification increases cadmium accumulation in marine bivalves: a potential threat to seafood safety

To date, the effects of ocean acidification on toxic metals accumulation and the underlying molecular mechanism remains unknown in marine bivalve species. In the present study, the effects of the realistic future ocean pCO2 levels on the cadmium (Cd) accumulation in the gills, mantle and adductor muscles of three bivalve species, Mytilus edulis, Tegillarca granosa, and Meretrix meretrix, were investigated. The results obtained suggested that all species tested accumulated significantly higher Cd (p<0.05) in the CO2 acidified seawater during the 30 days experiment and the health risk of Cd (based on the estimated target hazard quotients, THQ) via consumption of M. meretrix at pH 7.8 and 7.4 significantly increased 1.21 and 1.32 times respectively, suggesting a potential threat to seafood safety. The ocean acidification-induced increase in Cd accumulation may have occurred due to (i) the ocean acidification increased the concentration of Cd and the Cd2+/Ca2+ in the seawater, which in turn increased the Cd influx through Ca channel; (ii) the acidified seawater may have brought about epithelia damage, resulting in easier Cd penetration; and (iii) ocean acidification hampered Cd exclusion.