Struktur und Funktion des Lipoproteins von Nereis virens (Annelida)

Ein discoidales Lipoprotein aus dem Polychaeten Nereis virens (Annelida) wurde eingehend charakterisiert. Im Vordergrund standen dabei die transportierten Lipide, sowie die Ultrastruktur des Partikels. Das Nereis-Lipoprotein besitzt eine für Invertebraten atypische Lipidzusammensetzung: Außer den Phospholipiden gibt es keine klar dominierende Lipidklasse. Die Charakterisierung der Apolipoproteine zeigt Gemeinsamkeiten mit den Apolipophorinen der Insekten: Wie diese besitzt das Nereis-Lipoprotein zwei Apolipoproteine, die in einer 1:1-Stöchiometrie angeordnet sind. Das größere Protein (ApoNvLp I) ist dabei stärker zum wässrigen Medium exponiert ist als das kleinere (ApoNvLp II). Beide Proteinuntereinheiten sind N-glycosyliert. ApoNvLp II ist zusätzlich noch O-glycosyliert. Bei den Sekundärstrukturen dominieren β-Strukturen (35%) gegenüber α-Helices (14%); 28% waren ungeordnete Strukturen. Die Masse wurde mit verschiedenen Methoden bestimmt: sie liegt zwischen ~800 kDa (Gelfiltration) und ~860 kDa (Analytische Ultrazentrifugation). Der Sedimentationskoeffizient beträgt 9,7 S. Der zelluläre Lipoproteinrezeptor wurde aus einer großen Anzahl von Zellen und Geweben isoliert. Die biochemische Charakterisierung des Rezeptormoleküls zeigte es als ein monomeres, integrales, N- und O-glycosyliertes Membranprotein mit einer Masse von ~114 kDa. Die Bindungscharakteristika (Abhängigkeit von Ca2+, Disulfidbrücken) weisen es als Mitglied der LDLR-Superfamilie aus. In vitro-Inkubationsversuche mit fluoreszenzmarkierten Lipoproteinen zeigten die Aufnahme sowohl in Oocyten als auch in freie Coelomzellen (Elaeocyten) sowie in Spermatogonien- und Tetradenstadien. Auffällig war, dass die Lipide zusammen mit den Apolipoproteinen in die Dottergranula der Eizellen eingelagert wurden und nicht direkt in die Lipidtropfen. Auch bei den Elaeocyten wurden die Lipide nicht direkt in den Lipidtropfen eingelagert. Intakte Lipoproteine konnten per Dichtegradienten-Ultrazentrifugation nur aus Spermatogonien isoliert werden. Die isolierten Lipoproteine hatten die gleiche ‚Morphologie’ wie die aus der Coelomflüssigkeit isolierten, zeigten jedoch sehr viele Peptidfragmente im SDS-Gel, was auf eine beginnende Degradation hinweist. Es wird ein Modell für den Lipidtransport in Nereis virens vorgeschlagen, bei dem den Elaeocyten eine entscheidende Rolle im Lipidstoffwechsel zufällt.

Burrowing in Marine Muds by Crack Propagation: Kinematics and Forces

The polychaete Nereis virens burrows through muddy sediments by exerting dorsoventral forces against the walls of its tongue-depressor- shaped burrow to extend an oblate hemispheroidal crack. Stress is concentrated at the crack tip, which extends when the stress intensity factor (K-I) exceeds the critical stress intensity factor (K-Ic). Relevant forces were measured in gelatin, an analog for elastic muds, by photoelastic stress analysis, and were 0.015 +/- 0.001 N (mean +/- s.d.;N= 5). Measured elastic moduli (E) for gelatin and sediment were used in finite element models to convert the forces in gelatin to those required in muds to maintain the same body shapes observed in gelatin. The force increases directly with increasing sediment stiffness, and is 0.16 N for measured sediment stiffness of E=2.7x10(4) Pa. This measurement of forces exerted by burrowers is the first that explicitly considers the mechanical behavior of the sediment. Calculated stress intensity factors fall within the range of critical values for gelatin and exceed those for sediment, showing that crack propagation is a mechanically feasible mechanism of burrowing. The pharynx extends anteriorly as it everts, extending the crack tip only as far as the anterior of the worm, consistent with wedge-driven fracture and drawing obvious parallels between soft-bodied burrowers and more rigid, wedge-shaped burrowers(i.e. clams). Our results raise questions about the reputed high energetic cost of burrowing and emphasize the need for better understanding of sediment mechanics to quantify external energy expenditure during burrowing.

Fate and effects of drilling wastes in a shallow estuarine mesocosm

To address concerns expressed about the possible effect of drilling mud discharges on shallow, low-energy estuarine ecosystems, a 12 month study was designed to detect alterations in water quality and sediment geochemistry. Each drilling mud used in the study and sediments from the study site were analyzed in the laboratory for chemical and physical characteristics. Potential water quality impacts were simulated by the EPA-COE elutriation test procedure. Mud toxicity was measured by acute and chronic bioassays with Mysidopsis bahia, Mercenaria mercenaria, and Nereis virens.^ For the field study, a relatively pristine, shallow (1.2 m) estuary (Christmas Bay, TX) without any drilling activity for the last 30 years was chosen for the study site. After a three month baseline study, three stations were selected. Station 1 was an external control. At each treatment station (2, 3), mesocosms were constructed to enclose a 3.5 m$\sp3$ water column. Each treatment station included an internal control site also. Each in situ mesocosm, except the controls, was successively dosed at a mesocosm-specific dose (1:100; 1:1,000; or 1:10,000 v/v) with 4 field collected drilling muds (spud, nondispersed, lightly-treated, and heavily-treated lignosulfonate) in sequential order over 1.5 months. Twenty-four hours after each dose, water exchange was allowed until the next treatment. Station 3 was destroyed by a winter storm. After the last treatment, the enclosures were removed and the remaining sites monitored for 6 months. One additional site was similarly dosed (1:100 v/v) with clean dredged sediment from Christmas Bay for comparison between dredged sediments and drilling muds.^ Results of the analysis of the water samples and field measurements showed that water quality was impacted during the discharges, primarily at the highest dose (1:100 v/v), but that elevated levels of C, Cr (T,F), Cr$\sp{+3}$ (T, F), N, Pb, and Zn returned to ambient levels before the end of the 24 hour exposure period or immediately after water exchange was allowed (Al, Ba(T), Chlorophyll ABC, SS, %T). Barium, from the barite, was used as a geochemical tracer in the sediments to confirm estimated doses by mass balance calculations. Barium reached a maximum of 166x background levels at the high dose mesocosm. Barium levels returned to ambient or only slightly elevated levels at the end of the 6 month monitoring period due to sediment deposition, resuspension, and bioturbation. QA/QC results using blind samples consisting of lab standards and spiked samples for both water and sediment matrices were within acceptable coefficients of variation.^ In order to avoid impacts on water quality and sediment geochemistry in a shallow estuarine ecosystem, this study concluded that a minimal dilution of 1:1,000 (v/v) would be required in addition to existing regulatory constraints. ^

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.

Effects of harvesting callianassid (ghost) shrimps on subtropical benthic communities

The effects of harvesting of callianassid shrimp (Trypaea australiensis) on the abundance and composition of macrobenthic assemblages in unvegetated sediments of a subtropical coastal embayment in Queensland, Australia were examined using a combination of sampling and manipulative experiments. First, the abundance and composition of the benthic infauna in an area regularly used for the collection of shrimp for bait by recreational anglers was compared with multiple reference areas. Second, a BACI design, with multiple reference areas, was used to examine the short-term effects of harvesting on the benthic assemblages from an intensive commercialised fishing competition. Third, a large-scale, controlled manipulative experiment, where shrimp were harvested from 10,000 m(2) plots at intensities commensurate with those from recreational and commercial operators, was done to determine the impacts on different components of the infaunal assemblage. Only a few benthic taxa showed significant declines in abundance in response to the removal of ghost shrimp from the unvegetated sediments. There was evidence, however, of more subtle effects with changes in the degree of spatial variation (patchiness) of several taxa as a result of harvesting.. Groups such as capitellid polychaetes, gammarid amphipods and some bivalves were significantly more patchy in their distribution in areas subjected to harvesting than reference areas, at a scale of tens of metres. This scale corresponds to the patterns of movement and activity of recreational harvesters working in these areas. In contrast, patchiness in the abundance of ghost shrimp decreased significantly under harvesting at scales of hundreds of metres, in response to harvesters focussing their efforts on areas with greater numbers of burrow entrances, leading to a more even distribution of the animals. Controlled experimental harvesting caused declines in the abundance of soldier crabs (Mictyris longicarpus), polychaetes and amphipods and an increase in the spatial patchiness of polychaetes. Populations of ghost shrimp were, however, resilient to harvesting over extended periods of time. In conclusion, harvesting of ghost shrimp for bait by recreational and commercial fishers causes significant but localised impacts on a limited range of benthic fauna in unvegetated sediments, including changes in the degree of spatial patchiness in their distribution. (c) 2005 Elsevier B.V. All rights reserved.

Zur Verbreitung der einzelnen Altersklassen des Köhlers, Pollachius virens (L.), in der nördlichen Nordsee (ICES-Div. IV a)

The distribution was studied by analysing the catches during four research vessel cruises in summer and eight cruises in winter in the period 1985 - 1993. The emmigration of young saithe, spending the larval and first juvenil stages in the inshore waters of Norway and Scotland, starts during the summer in an age of two years.