Abschlußbericht 2007/2008

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1 Abschlußbericht 2007/2008 Teilprojekt: Ansiedlung und Produktion von Makrophyten Vorgelegt am Von: Prof. Dr. H. Schubert Dr. C. Schygula Universität Rostock Institut für Biowissenschaften Abteilung Aquatische Ökologie Albert-Einstein-Str Rostock Projekt:

2 Inhaltsverzeichnis 1. Vorwort 2 2. Monitoringprogramm Südliches Tetrapodenfeld Steinschüttung Algentische Aquakultur Freiland-Aquakultur Labor-Aquakultur Regenerationsfähigkeit Weiterführende Untersuchungen Standortvergleich von Delesseria sanguinea Ökologische und morphologische Studien Molekularbiologie Dienstreisen Konferenzen & Workshops Öffentlichkeitsarbeit Ausblick Literatur Anhang 44 1

3 1. Vorwort Im folgenden Abschlußbericht werden alle Leistungen abgehandelt, die gemäß der Leistungsvereinbarung zwischen der Landesforschungsanstalt für Landwirtschaft und Fischerei (LFA) und der Universität Rostock im November 2006 für die Weiterführung der des Teilprojektes 2007/2008 (DRM 9) vereinbart wurden. Aufgrund des bereits vorgelegten Jahresberichtes 2007, wird dieser Abschlußbericht alle erbrachten Leistungen während der zweijährigen Weiterführung des Teilprojektes kurz beschreiben und auf die jeweiligen Leistungen verweisen, um einige Sachverhalte nicht wiederholt im Detail zu erläutern. Die zeitliche Reihenfolge der Untersuchungen wird in allen Unterpunkten kenntlich gemacht. Der Gliederung des vorliegenden Abschlußberichtes liegt die Leistungsvereinbarung des Teilprojektes Ansiedlung und Produktion von Makrophyten (2007/2008) zugrunde, so daß die Forschungsleistungen während dieser Förderungsperiode hier im Gesamtumfang deutlicher gemacht und einfacher überprüft werden können. 2. Monitoringprogramm Das Monitoringprogramm während der Projektweiterführung in den Jahren 2007 und 2008 umfaßte eine vierteljährliche Beprobung der ausgewählten Riffelemente im südlichen Tetrapodenfeld (6t-Tetrapoden), der Steinschüttung sowie der im Jahre 2006 eingebrachten Algentische Südliches Tetrapodenfeld Im Gegensatz zu der ersten Förderungsperiode ( ), in der ein monatlicher Beprobungszyklus (Monitoring) auf den Oberflächen der 6t-Tetrapoden im südlichen Riffgebiet durchgeführt wurde, erfolgte hingegen im Rahmen der Projektweiterführung in den Jahren 2007 und 2008 eine quartalsmäßige Kontrolle dieser Flächen. Die Sukzession der benthischen Gemeinschaft, insbesondere die Entwicklung des Phytobenthos auf den Tetrapodenoberflächen wurde in den Jahren detailliert untersucht (u.a. Abkratzproben, Fotodokumentation; vgl. Schubert & Schygula, Abschlußbericht). Daher wurde für die Jahre 2007 und 2008 lediglich eine Beobachtung der Sukzession auf diesen Flächen bis zur Einstellung des relativen ökologischen Gleichgewichts (Klimaxstadium) vorgesehen. Da die Ergebnisse aus der ersten 2

4 Förderungsperiode ( ) eine sehr detaillierte Entwicklung der benthischen Gemeinschaften auf den Tetrapodenoberflächen zeigten, konnte während der Projektfortführung auf Abkratzproben verzichtet werden, um die Sukzession störungsfrei zu beobachten. Das Monitoring beschränkte sich daher auf reine Fotodokumentation, in dem durch auflegen eines Fotorahmens (15x15 cm) die ausgewählte Flächen abfotografiert und anschließend die Bilder ausgewertet wurden. Dabei konnten Parameter wie Bedeckung (in %) sowie die Hauptbesiedler erhoben werden (Abb. 1 und 2) und mit den Aufnahmen aus den Vorjahren verglichen werden. A B C D Abb. 1. Sukzession der benthischen Gemeinschaft auf den Tetrapodenoberflächen im Verlauf des Jahres A. Frühjahr (April), B. Sommer (Juli), C. Herbst (Oktober), D. Winter (Januar). 3

5 A A B C C D D Abb. 2. Entwicklung der benthischen Gemeinschaft auf den Tetrapodenoberflächen im Verlauf des Jahres A. Frühjahr (April), B. Sommer (Juli), C. Herbst (September), D. Winter (Dezember). Generell zeigen die Ergebnisse des Monitorings aus den Jahren 2007/2008 erwartungsgemäß keine nennenswerten Änderungen der benthischen Gemeinschaft auf den Tetrapodenoberflächen gegenüber den Jahren 2005 und Im Frühjahr 2007 (Abb. 1A) wurde die Gemeinschaft von fädigen Braunalgen (Pilayella littoralis und Ectocarpus siliculosus) dominiert. Die Rotalgen, bis auf einige wenige einjährige, fädige Formen der Gattung Callithamnion, spielten eine untergeordnete Rolle. In den Sommermonaten (Abb. 1B) hingegen wurde eine Gemeinschaft vorgefunden die größtenteils aus Rotalgen und Seepocken (Balanus improvisus) gebildet wurde. Unter den Rotalgen waren die großen (bis zu 15cm Länge), fädigen Formen wie Polysiphonia nigrescens und Ceramium rubrum am häufigsten und machten ca. 70% des Phytals aus. 4

6 Die einjährigen, fädigen Rotalgen (Gattungen Callithamnion und Aglaothamnion) waren recht häufig (bis zu 20%). Andere Rotalgen wie Delesseria sanguinea, Phycodrys rubens sowie die Gattung Phyllophora waren selten (unter 5%; meist jedoch Einzelfunde). Die übrigen 5% wurden von Braunalgen gebildet, die sich im Vergleich zum Frühjahr deutlich zurückgezogen haben. Im Herbst 2007, nach dem Larvenfall der Miesmuschel (Mytilus edulis), wurde die gesamte Algengemeinschaft durch die juvenilen Miesmuscheln bedeckt (Abb. 1C). Dieser Larvenfall verursachte, aufgrund von Lichtmangel, das Absterben der darunterliegenden Algen, die unter der dichten Miesmuschelschicht regelrecht begraben wurden. Bis zum Winter 2007 wurden die Miesmuscheln von Seesternen (Asterias rubens) abgeweidet (Abb. 1D), sodaß das Primärsubstrat (Tetrapodenoberfläche) für die erneute Besiedlung bereitgestellt wurde. Die potentiellen Besiedler unter den Algen waren vor allem die Braunalgen Pilayella littoralis und Ectocarpus siliculosus aber auch die einjährige, fädige Rotalge Callithamnion corymbosum. Die Besiedlungsmuster im Jahre 2008 stimmen mit denen aus dem Vorjahr größtenteils überein. Im Frühjahr 2008 (Abb. 2A) konnte jedoch im Vergleich zum Frühjahr 2007 (Abb. 1A) eine veränderte Artengemeinschaft auf den Tetrapoden gefunden werden. Während im Frühjahr 2007 die Braunalgen auf den Tetrapodenoberflächen dominant waren, kam es im Frühjahr 2008 zu einer deutlichen Entwicklung von Rotalgen, insbesondere von Polysiphonia fucoides (ca. 50%). Die Besiedlung der Rotalgen wurde begleitet durch einen massiven Larvenfall von Mytilus edulis (100%), der durch den milden Winter erklärt werden kann, da dieser Prozeß weitestgehend Temperaturgesteuert ist (vgl. Schygula, 2007). Dieser Larvenfall im Frühjahr 2008 hatte ferner deutliche Auswirkungen auf die weitere Entwicklung der benthischen Gemeinschaft in der Folgesaison. So wurde beim nächsten Kontrolltermin im Sommer 2008 eine Artengemeinschaft vorgefunden, die von der Artenzusammensetzung eher an die Herbst- bzw. Wintermonate erinnert (Abb. 2B). Sie bestand hauptsächlich aus Miesmuscheln (zum Teil bereist abgeweidet), Seesternen sowie vereinzelt aus fädigen Rotalgen (P. fucoides, C. rubrum und Callithamnion-Arten). Im Herbst 2008 erfolgte der nächste Larvenfall der Miesmuschel, der zu einem sukzessiven Abweiden der Mytilus- Population durch die Seesterne führte (Abb. 2C) und sich im Winter 2008 bis zu fast vollständigen Reduktion der Miesmuscheln fortsetzte (Abb. 2D). Sowohl die Besiedlungs- 5

7 als auch die Prädationsmuster auf den Tetrapodenoberflächen in der zweiten Jahreshälfte 2008 (Herbst und Winter) waren weitestgehend analog zum Vorjahr und konnten auf allen Tetrapoden im südlichen Riffgebiet beobachtet werden. Im Vergleich zu den Vorjahren haben die Abundanz und vor allem die Biomasse deutlich zugenommen (Abb. 3). 4 cm Abb. 3. Deutlicher Anstieg der Biomasse auf den Tetrapodenoberflächen (Profilaufnahme). Solche Sukzessionsmuster der benthischen Gemeinschaft auf den Tetrapodenoberflächen unterliegen einer jahreszeitlichen Steuerung, die Wetterbedingt (durch die Schwankungen der abiotischen Faktoren) durch aus variieren können. Dies wurde bereits für den Untersuchungszeitraum im Detail beschrieben (Dissertation Schygula, 2007). Die so widerkehrenden Sukzessionsmuster lassen zwar ein stabiles ökologisches Gleichgewicht auf den Tetrapodenoberflächen vermuten, müssen jedoch für den doch recht exponierten Standort (in der Strömung) unter Vorbehalt angesehen und durch weitere Beobachtungen belegt werden. Insgesamt läßt sich aus den dargestellten Ergebnissen schlussfolgern (Schubert & Schygula, 2005; 2006), daß die Besiedlung des neuen Substrats (Tetrapoden) durch das Phytobenthos nach einer mittlerweile fünfjährigen Untersuchungsphase noch nicht abgeschlossen scheint, da sowohl die Biomasse als auch die Diversität der Arten offenbar noch weiterhin deutlich schwankt. Ferner überwog auf den neuen 6

8 Riffelementen immer noch die Anzahl einjähriger (ca. 60%) im Vergleich zu mehrjährigen Algen (ca. 40%) sowie die Anzahl fädiger Algen gegenüber den fleischigen Formen (Schubert & Schygula, 2006). Das hier entstehende Ökosystem befindet sich daher noch nicht in einem stabilen Gleichgewicht, dem so genannten Klimaxstadium. Abb. 4. Profilaufnahme eines 6t-Tetrapoden (südliches Riffgebiet) im Herbst Verglichen mit bodennahen und flachen Strukturen (z.b. Steinschüttung) scheinen sich zumindest nach einer fünfjährigen Beobachtung die untersuchten Tetrapoden aufgrund ihrer Form weniger als Substrat für eine Aquakultur zu eignen. Zumal die Besiedlung auf den einzelnen Sektionen der 6t-Tetrapoden deutlich unterschiedlich ist. Während die Tetrapodenoberflächen im Jahresmittel relativ dicht besiedelt und durch eine recht hohe Artendiversität geprägt waren (insges. 24 Arten), waren die übrigen Bereiche der Tetrapoden relativ dünn besiedelt und zeichneten sich durch eine relativ geringe Artendiversität (insges. 9 Arten) und Biomasse aus (Abb. 4). Besonders die basalen Bereiche der Tetrapoden waren nahezu unbesiedelt, lediglich vereinzelte fädige Rotalgen und Hydroidpolypen waren zu finden. Zusätzlich dazu besiedelten im Herbst die Miesmuscheln diese Bereiche, allerdings nur temporär, da diese anschließend von den Seesternen auf ihrer Wanderung zu den Tetrapodenoberflächen als erstes abgeweidet wurden (Abb. 5). Diese Muster wurden nicht nur auf den Tetrapoden im 7

9 südlichen Riffgebiet beobachtet sondern waren auf allen Riffelementen im gesamten Riffgebiet zu finden. Abb. 5. Wenig besiedelte basale Bereiche der 6t-Tetrapoden im südlichen Riffgebiet im Winter Die Entwicklungen der pflanzlichen Biomasse und der Artendiversität auf den Tetrapoden im südl. Riffgebiet sollte mit anderen Strukturen, insbesondere den Riffkegel und der Steinschüttung, verglichen werden. Der Vergleich zeigte, wie bereits erwähnt, Ähnlichkeiten bei der Besiedlung der Basalbereiche der Riffstrukturen. Deutliche Unterschiede der Besiedlung im Jahresmittel, sensu stricto Artendiversität und Biomasse, sind im Vergleich zu den Tetrapodenoberflächen auf den Ringen, 2t- Tetrapoden und Riffkegeln in der Mitte des Riffgebietes aufgetreten (Abb. 6). Auf den Oberflächen, bzw. in den höher gelegenen Bereichen dieser Elemente wurden neben den wenigen Hydroidpolypen und spioniden Polychaeten (Polydora ciliata) vor allem Delesseria sanguinea in einer relativ hohen Abundanz (ca. 300 Indiv./m 2 ) vorgefunden (Abb. 6A). Der Vergleich der Tetrapodenoberflächen mit der Steinschüttung wurde bereits im Abschlußbericht 2006 (Schubert & Schygula, 2006) im detail beschrieben. Die Steinschüttung in den Sommermonaten war geprägt von einer relativ hohen 8

10 Artendiversität (insges. 36 Arten, davon 25 Makroalgenarten und 11 MZB-Arten), einer höheren Biomasse (ca g/m 2 ) sowie durch den höheren Anteil an fleischigen, mehrjährigen Makroalgen gegenüber den fädigen, einjährigen Formen. Auf den Tetrapodenoberflächen hingegen wurden 24 Arten gefunden (davon 16 Makroalgenarten und 8 MZB-Arten), einer wesentlich geringeren Biomasse (ca g/m 2 ) sowie einem höheren Anteil an fädigen, einjährigen Algen gegenüber den mehrjährigen Formen. In den Jahren 2007 und 2008 wiederholten sich diese Besiedlungsmuster auf den genannten Untersuchungsflächen. A B Abb. 6. Bewuchs auf den Riffelementen im Zentrum des Riffgebietes im Sommer A) Oberflächen der Ringelemente bewachsen mit Delesseria sanguinea. B) Profilaufnahme der 2t- Tetrapoden mit geringem Bewuchs (Hydroidpolypen, Polychaeten und D. sanguinea) Steinschüttung Wie bereits von Schubert & Schygula (2005; 2006) beschrieben, wurde die Steinschüttung als Referenzfläche (Kontrolle) zu der Besiedlung und Entwicklung der Algengemeinschaften auf den Tetrapoden betrachtet, da dort bereits nach 10 Jahren das ökologische Gleichgewicht (Klimax) erreicht worden ist. Hierzu wurden Artenlisten erstellt (siehe Abschlußbericht 2006), die die Algengemeinschaften auf den künstlichen Strukturen und im Referenzgebiet umfassen. Die gefundenen Makroalgenarten (n=16) auf künstlichen Strukturen (Tetrapoden, Marmor und Granit Platten) bestanden hauptsächlich aus fädigen, einjährigen Formen, während die Anzahl der Makroalgenarten auf der Steinschüttung deutlich höher war (n=25) und meist aus mehrjährigen Organismen zusammengesetzt war. Das Monitoring auf der 9

11 Steinschüttung in den Jahren 2007 und 2008 bestätigte die Ergebnisse aus den Vorjahren. Die Steinschüttung diente darüber hinaus für weitere Untersuchungen, wie 1) Überprüfung von Fraßspuren an D. sanguinea, 2) Monitoring der Delesseria-Population, 3) Kontrolle der Laminaria-Population und 4) Überprüfung der Regenerationsfähigkeit von D. sanguinea. Letzteres wird im Kapitel 3 (Abschnitt 3.3) detaillierter beschrieben. 1) Während der gesamten Projektlaufzeit ( ) konnten keine eindeutigen Fraßspuren an D. sanguinea-exemplaren auf der Steinschüttung nachgewiesen werden. Dabei wurden jeweils im Winter, Frühjahr, Sommer und Herbst zufällig ausgewählte Exemplare (n=20) von der Steinschüttung entnommen und im Labor nach Fraßspuren untersucht. Während im Winter, Frühjahr und im Sommer keine Fraßspuren auf den untersuchten Exemplaren gefunden werden konnten, war der Nachweis der Fraßaktivitäten an D. sanguinea im Herbst etwas komplexer. Da bei dieser Makroalge die Thallusdegeneration im Herbst einsetzt, war dieser Prozess von Fraßaktivitäten kaum unterscheidbar. Möglicherweise wird der Prozess der Thallusdegeneration von Fraßaktivitäten der Zooplankter, bzw. des vagilen Benthos verstärkt (vgl. Schubert & Schygula, 2005). 2) Im Rahmen des Monitorings 2007/2008 wurde eine erneute vierteljährliche (Winter, Frühjahr, Sommer, Herbst) Kartierung der Makrophytenbestände auf der Steinschüttung durch das auflegen eines Rahmens (1 x 1m) durchgeführt (Methode siehe Jahresbericht 2005). Dabei wurde insbesondere der Zustand der Delesseria-Population überprüft (Fotodokumentation). So belief sich in beiden Jahren der Winterbestand von D. sanguinea auf etwa 30% der Gesamtfläche der Steinschüttung. Die höchsten Bedeckungsraten von D. sanguinea wurden zwischen Frühjahr (April) und Sommer (Juli) dokumentiert und betrugen nahezu 80% der potentiell besiedelbaren Fläche auf der Steinschüttung. Ab August ist die Bedeckung durch D. sanguinea sukzessive zurückgegangen und erreichte im Herbst (Oktober) lediglich ca. 40% der Gesamtbedeckung auf der Steinschüttung. Diese Untersuchung bestätigt grundsätzlich die Ergebnisse aus den Vorjahren (2005 und 2006) in denen Delesseria sanguinea in ähnlichen Abundanzen an der Steinschüttung gefunden wurde (Jahresbericht 2005; 2006). Offensichtlich handelt es sich hier um einen recht konstanten Bestand der Delesseria-Population auf der Steinschüttung, zumindest unter den gegebenen 10

12 abiotischen Bedingungen in dieser Tiefe. Für das Betreiben einer Aquakultur ist solch eine konstante Population im Jahresmittel ernorm wichtig, da es einen Zugriff auf die Wildbestände bei Biomasse-Engpässen ermöglicht (Impfquelle). 3) Ein weiterer interessanter Aspekt war das häufige Auftreten der Braunalge Laminaria saccharina auf der Steinschüttung. Bislang wurde diese Makroalge im Jahr 2003 auf den alten Riffstrukturen vor der Baumaßnahme im Riffgebiet vereinzelt gefunden. Einige wenige Einzelfunde von L. saccharina wurden im Jahre 2004 auf der Steinschüttung dokumentiert. Dabei handelte es sich um juvenile Formen (max. 5cm Habituslänge), die meist mit losen Miesmuschelschalen (Abb. 7) assoziiert waren und dadurch nur geringe Überlebenschancen bei Sturmereignissen hatten. Abb. 7. Juvenile Laminaria saccharina (ca. 4cm Habituslänge) auf losen Miesmuschelschalen im Bereich der Steinschüttung. Im Gegensatz zu den Vorjahren, wurden im Jahre 2007 und 2008 Laminaria-Exemplare auf größeren Steinen und Blöcken auf der Steinschüttung, meist in strömungsberuhigten Senken gefunden. Die ersten jungen Exemplare (n=5) wurden jeweils im April beobachtet. Die Population entwickelte sich sukzessive im weiteren Verlauf des Jahres, 11

13 so daß die höchste Dichte (n=24) dieser Algen im Dezember 2007 dokumentiert wurde. Die höchste Abundanz von L. saccharina (n=36) im Jahr 2008 wurde ebenfalls im Dezember beobachtet. Dabei wurden sowohl juvenile (bis ca. 10cm Habituslänge) als auch subadulte Formen (bis 60cm) gefunden (Abb. 8). Sollte der Laminaria-Bestand den nächsten Winter überleben und sich in den nächsten Jahren weiterentwickeln, könnte Laminaria saccharina langfristig zu den potentiell Nutzbaren Makroalgen am künstlichen Riff gezählt werden. Darüber hinaus wird durch die Anwesenheit von L. saccharina der Standort künstliches Riff bezüglich der Artendiversität aufgewertet und zeigt, daß diese Strukturen vielen Arten einen Lebensraum ermöglichen, die natürlicherweise bei den dort herrschenden Bedingungen (hohe Strömungsgeschwindigkeiten) nie überleben würden. A B Abb. 8. Laminaria saccharina auf der Steinschüttung im Untersuchungszeitraum 07/08. A. Juvenile Form (ca. 5cm), B. Subadulte Form (ca. 45cm). Juvenile Laminaria-Exemplare, die auf losen Miesmuschelschalen und kleinen Steinen gesiedelt haben wurden sukzessive aufgesammelt und in die Labor-Aquakultur gebracht (siehe Kapitel 3; Abschnitt 3.2) Algentische Die im Jahre 2006 eingebrachten Algentische im östlichen Riffgebiet (vergl. Jahresbericht 2006) wurden im Frühsommer 2007 mir Delesseria sanguinea beimpft. Hierzu wurden Delesseria-Exemplare an der Steinschüttung gesammelt und 12

14 anschließend auf zunächst zwei Algentischen ausgebracht. Zuvor wurden die ausgewählten Algentische mit Heringsnetzen bespannt, so daß die gesammelten Algen unter den angebrachten Netzen ausgebreitet werden konnten. Die Algentische sind mit Delesseria dicht bestückt worden, damit keine freie Siedlungsfläche für andere Besiedler verfügbar war. Bei einem Kontrolltauchgang im August ist jedoch aufgefallen, daß die installierten Netze die relative großen Delesseria-Biomassen nicht an den Algentischen festhalten konnten und die gesamte Biomasse durch die Strömung an den Rand der Tische gedrückt worden ist. Daraufhin wurden die Algentische, bzw. die darauf liegenden Netze mit Gewichten (Betonplatten) beschwert, damit die Algen auf den Tischen festgehalten werden. Leider konnten die Betonplatten auf den Netzen das Wegdriften der darunter liegenden Algen nicht verhindern (Abb. 9), da die Strömungsgeschwindigkeiten während der Herbststürme offensichtlich so ernorm waren, daß die Algen durch die Maschen herausgedrückt worden sind und zum Teil auch durch die dünnen Netze in Stücke zerrissen wurden. Abb. 9. Zustand der Algentische nach einem Sturmereignis im September Zu sehen sind durch die Strömung verschobene Betonplatten (schwarze Pfeile) und einige wenige übrig gebliebene Delesseria-Exemplare (weiße Pfeile). 13

15 Darüber hinaus muß erwähnt werden, daß Delesseria sanguinea keine sekundären Haftorgane ausbilden kann, so daß sie sich nicht aus eigener Kraft auf den Tischen festhalten konnte und somit auf die Netze zum Halten auf dem Substrat angewiesen war. Obwohl einige wenige Delesseria-Exemplare der starken Strömung doch noch Standhalten konnten (Abb. 9), mußte dieser Versuch mit den dünnen Heringsnetzen vorerst als gescheitert angesehen werden. Im Mai 2008 wurden diese 3 Algentische mit robusteren Netzen, jedoch mit derselben Maschenweite neu abgedeckt (Abb. 10A), damit die darunter liegenden Algen auch bei Sturmereignissen auf den Algentischen gehalten werden. Erneut wurden Delesseria-Exemplare von der Steinschüttung geerntet und an den Algentischen ausgebracht. Die Beimpfung der Algentische mit Delesseria sanguinea erfolgte am 13. und 14. Mai 2008 (Abb. 10B). A B Abb. 10. Neubestückung der 3 Algentische im Mai 2008 mit A) robusteren Netzen und anschließend mit B) frisch geernteten Delesseria-Exemplaren von der Steinschüttung. Die Neubestückung der Algentische mit robusteren Netzen hat sich gegenüber den Heringsnetzen aus dem Jahr 2007 bewährt. Die Anschließenden Kontrollen im Juli, August und Oktober 2008 zeigten, dass die verwendeten stabileren Netze die Zuchtorganismen erfolgreicher an den Algentischen festhalten konnten. Es bleibt abzuwarten, ob und wie sich die transplantierten Delesseria-Exemplare auf den Algentischen weiterentwickeln. Die Algentische, die nicht mit Netzen bestückt wurden zeigten eine deutlich geringere Besiedlungsdichte (Abb. 11A) im Vergleich zu den mit Netzen bestückten Tischen. Es waren vor allen die Miesmuscheln und die Seesterne die 14

16 auf diesen Tischen dominierten. Seit dem Jahr 2008 wurden diese Flächen auch durch die Rotalgen, insbesondere D. sanguinea sukzessive besiedelt (Abb. 11B). A B Abb. 11. Geringe Besiedlung der Algentische ohne Netze im Juni 2008 (A). Die häufigsten Besiedler waren die juvenilen Miesmuscheln (schwarze Pfeile) und auch die Delesserien (gelber Pfeil) besiedelten sukzessive dieses Substrat (B). Abb. 12. Auf dem Sediment liegende Netze bewachsen mit Makroalgen, insbesondere mit Delesseria sanguinea. 15

17 Bei einem Kontrolltauchgang im östlichen Teil des Riffgebiets (im kommerziellen Tauchrevier) im September 2007 ist aufgefallen, daß die am Grund liegenden Netze mit Makroalgen, insbesondere mit Delesseria sanguinea besiedet waren (Abb. 12). Die gleiche Beobachtung konnte ebenfalls im Jahr 2008 gemacht werden, wo zum Teil 90% der flexiblen Strukturen mit Makroalgen besiedelt waren. Die dominantesten Arten waren, anders als 2007, vor allem fädige Formen wie Pilayella littoralis und Polysiphonia fucoides, wohingegen Delesseria sanguinea eher zu den seltneren Organismen gehörte. Die Eignung dieser flexiblen Strukturen für eine gezielte Zucht von D. sanguinea (outdoor) wird auch aufgrund der Dynamik am Meeresgrund (z.t. starke bodennahe Strömung, Sedimentationsprozesse) zumindest im Augenblick eher skeptisch betrachtet. 3. Aquakultur Die Untersuchungen zur Aquakultur mit der Rotalge Delesseria sanguinea gliedern sich in zwei Komplexe: 1) Freiland-Aquakultur (Outdoor) mit den hohen und flachen Kultivierungsgestellen sowie den bereits beschriebenen Algentischen im Riffgebiet (siehe Abschnitt 2.3) und 2) der Labor-Aquakultur (Indoor) mit den zwei unterschiedlichen Ansätzen im Labor (Abschnitt 3.2) Freiland-Aquakultur Die Kultivierungsgestelle, die im August 2005 im südlichen Teil des Riffgebiets aufgestellt wurden, sollten in der Zeit von Januar bis April 2007 und von Januar bis April 2008 in regelmäßigen Abständen auf die Bildung von Karpo- und Tetrasporen bei D. sanguinea kontrolliert werden. In dieser Periode ist für Delesseria sanguinea die Sporenproduktion (Karpo- und Tetrasporen) unter vollmarinen Bedingungen beschrieben worden. Ferner soll auch die mögliche Biomassezunahme auf den Versuchsgestellen registriert und die Eignung von Delesseria sanguinea für derartige Kultivierungsmaßnahmen charakterisiert werden. Bei den Kontrolltauchgängen in beiden Jahren hat sich jedoch herausgestellt, daß der Großteil der eingeflochtenen Delesseria- Exemplare vermutlich durch die Strömung von den Leinen abgerissen wurde und stattdessen mit einer dichten Miesmuschelkolonie besiedelt war (Abb. 13). Bei den wenigen übrigbebliebenen Delesserien konnten keine Sporangien gefunden werden. Der Grund dafür ist zurzeit noch nicht bekannt. Um derartigen Biomassenverlusten auf den 16

18 flachen Kultivierungsgestellen durch die Strömung vorzubeugen, wurden diese in Absprache mit der Projektleitung in einen strömungsgeschützten Bereich innerhalb des Riffgebietes im Herbst 2007 verlegt (hinter den 2t-Tetrapodenfeldern). Die Leinen der flachen Kultivierungsgestelle sollen im Jahre 2008 auf den Gesamtzustand sowie die Zuchtorganismen erneut auf Vitalitätszustand und Bildung der Geschlechtorgane kontrolliert werden. Die hohen Kultivierungsgestelle hingegen bleiben bis auf weiteres im südlichen Teil des Riffgebietes. Diese fungieren zurzeit als Miesmuschelkollektoren. Abb. 13. Übrigbebliebene Delesseria-Exemplare auf den flachen Kultivierungsgestellen im März 2007, vor der Verlegung in strömungsberuhigte Bereiche des Riffgebietes. Die hohen Kultivierungsgestelle im südlichen Riffgebiet wurden ebenfalls im Jahre 2008 quartalsweise kontrolliert. Der Zustand dieser Gestelle war, wie bereits im Jahre 2007 beschrieben, massiv von Miesmuscheln besiedelt worden (Abb. 14), so dass es für die auf Leinen transplantierten Delesserien keine Überlebenschance gab. Die Aufwuchsleinen waren mittlerweile von der vierten Miesmuschel-Schicht besiedelt worden (Abb. 14B), die das gesamte pflanzliche Material unter sich begraben haben. 17

19 Die Schalenlänge der Tiere im Herbst 2008 betrug in der untersten Schicht 34 mm ±0,5 (n=25) und in der obersten Schicht 15 mm ±0,3 (n=25). Ferner konnten auf diesen Gestellen keine Fraßspuren weder von Eiderenten noch von Seesternen (keine leeren Schalen gefunden) beobachtet werden. A B 21 cm Abb. 14. Die hohen Kultivierungsgestelle im südl. Riffgebiet bewachsen mit Miesmuscheln im Herbst A) Profilaufnahme mit einem Kollektordurchmesser von ca. 21 cm. B) Nahaufnahme der vier Miesmuschel-Schichten. Im Dezember 2008 ist bei einem Kontrolltauchgang eine Beschädigung, wahrscheinlich durch Fremdverschulden (Ankerwinde) eines der hohen Kultivierungsgestelle festgestellt worden. Dabei wurde die komplette Seite (mit Schweißnähten) des Gestells herausgerissen worden (kein Foto). Abb. 15. Die flachen Kultivierungsgestelle nach der Verlagerung in die strömungsberuhigten Bereiche im Zentrum des Riffgebietes. 18

20 Die flachen Kultivierungsgestelle (Abb. 15) im zentralen Riffgebiet wurden ebenfalls von Miesmuscheln besiedelt, jedoch nicht so stark wie die hohen Gestelle im südlichen Riffgebiet. Dies liegt wahrscheinlich an der Erreichbarkeit dieser Gestelle durch die Seesterne. Während die hohen Gestelle aufgrund der Höhe für die Seesterne relativ schwer erreichbar waren, konnten diese die flachen Gestelle wesentlich leichter erreichen und zumindest zum teil abweiden (vgl. Schubert & Schygula, 2006). Dabei war die Überlebensrate der Delesserien auf den Leinen Vergleichbar mit denen aus dem Jahr 2007 (Abb. 13). Es konnten auf beiden Gestellen insgesamt etwa 20 vitale Algen gezählt werden, die ebenfalls im Jahr 2008 keine Karpo- und Tetrasporen ausgebildet haben Labor-Aquakultur Die beiden Ansätze in der Labor-Aquakultur blieben während der Projektweiterführung gegenüber dem Jahr 2006 weitestgehend unverändert, da die Ergebnisse (Zunahme der Biomasse) aus dem Vorjahr, im Jahr 2007 reproduziert werden sollten. Die Biomasse im ersten Ansatz (Jahresgang) blieb bis September 2007 unter den voreingestellten Versuchsbedingungen konstant (ca. 90g Feuchtmasse). Daraufhin erfolgte eine Änderung der Temperatur in diesem Ansatz auf eine konstante Temperatur von 10 C, so daß hier vorerst nur ein potentieller Wachstumstrigger (Lichtdauer) weiterhin analog zum natürlichen Jahresverlauf simuliert wurde. Diese Änderung konnte in den restlichen Monaten des Jahres 2007 aber auch in 2008 leider keinen Zuwachs der Delesseria- Biomasse und ebenfalls keine Sporenbildung erzielen. Im zweiten Ansatz (Night-Break) entwickelte sich die Biomasse von ca. 145g (FM) aus dem Jahr 2006 bis etwa 190g (FM) im August Unter diesen Bedingungen konnte ein Zuwachs von Delesseria-Biomasse um etwa 31% in der ersten Jahreshälfte (analog zum Freiland) erzielt werden. Der Zuwachs der Biomasse jeweils in den Frühjahrsmonaten in den beiden Jahren (2007 und 2008) ist auf das rasche Wachstum von jungen Thalli (Abb. 16) zurückzuführen. Die Biomasse blieb jedoch konstant (ca. 190g FM) in der zweiten Jahreshälfte der beiden Jahre. Wie im Jahre 2007 konnte auch im Jahr 2008 im zweiten Ansatz ebenfalls keine Bildung von Sporen (Karpo- und Tetrasporen induziert werden. Dies liegt vermutlich sowohl an den artifiziell voreingestellten Parametern (abiotische Faktoren) als auch an dem circadianen Rhythmus (innere Uhr) von D. sanguinea in der Labor-Aquakultur. 19

21 Abb. 16. Die Bildung von jungen Thalli (gelbe Pfeile) am adulten Delesseria-Thallus führte zum Zuwachs der Biomasse während der ersten Jahreshälfte in der Labor-Aquakultur (2. Ansatz). Zusammenfassend lässt sich jedoch festhalten, dass die wichtigsten Trigger, wie Temperatur und die Dauer des Lichtgenusses für die Entwicklung der Biomasse bei Delesseria sanguinea in der Labor-Aquakultur als sehr wahrscheinlich angesehen werden können. Diese Faktoren spielen als exogene Signale ebenfalls eine besondere Rolle bei der Manipulation des Lebenszyklus und höchstwahrscheinlich wirken sie zusammen mit den endogenen Signalen (circadiane Rhythmen) als kumulativer Effekt (pers. Mitteilung Prof. Dr. Lüning). Da der circadiane Rhythmus (innere Uhr) bei Delesseria sanguinea noch nicht bekannt ist, konnte die Manipulation des Lebenszyklus unter Laborbedingungen mittels Veränderung der exogenen Trigger (abiotik) noch nicht vollständig geklärt werden. Für die Verkürzung des Lebenszyklus bei D. sanguinea ist die Optimierung, bzw. Veränderung der abiotischen Faktoren (insbesondere Lichtdauer und Temperatur) offensichtlich nicht ausreichend. Dabei spielt die Nährstoffqualität und die Frequenz der Nährstoffzufuhr eine untergeordnete Rolle. 20

22 Neben der Kultivierung von Delesseria sanguinea wurde auch ein Vorversuch zur Kultivierung von Laminaria saccharina durchgeführt (vgl. Abschnitt 2.2.). Dabei wurden 8 juvenile Laminarien unter Night-Break Bedingungen kultiviert. Alle Laminaria- Exemplare wurden vor dem Einsatz in die Kultur vermessen. Die Habituslänge der Exemplare betrug zwischen 4 und 5 cm. Die Laminarien wurden dann monatlich vermessen. Im Dezember 2008, nach einer 14-monatigen Kultivierung, erreichten die Laminarien eine Habituslänge von 17 cm bis 21 cm. Dies entspricht einer Wachstumsrate von ca. 1 cm / Monat. Bei den monatlichen Kontrollen im Oktober 2008 ist jedoch aufgefallen, daß zumindest die größeren Exemplare (ab 20 cm) das Wachstum eingestellt haben und sogar die Apikalregion des Thallus degeneriert haben. Die Freilandexemplare an der Steinschüttung zeigten hingegen eine Degeneration des Thallus erst ab einer Habituslänge von etwa 60 cm. Diese Beobachtung wurde bereits von anderen Kollegen gemacht (pers. Mitteilung Prof. Dr. Lüning und P. Feuerpfeil) und scheint speziell für die Ostsee, beim niedrigen Salzgehalt, der Fall zu sein. Der Grund für eine frühe Degeneration der Exemplare in der Labor-Aquakultur ist zurzeit noch nicht bekannt Regenerationsfähigkeit von Delesseria sanguinea Eine der grundlegenden Fragen für den Betrieb einer späteren Aquakulturanlage war diejenige nach den Fähigkeiten zur Thallusregeneration von Delesseria sanguinea. Im Fall einer guten Regenerationsfähigkeit ergäbe sich die Möglichkeit einer mehrmaligen Ernte, ohne die Notwendigkeit einer Neubeimpfung. Bereits im Jahre 2006 wurde hierzu eine Pilotstudie im Freiland durchgeführt (Schubert & Schygula, Jahresbericht 2006), in dem Delesseria-Thalli in unterschiedlichen Thallusabschnitten (1cm und 4cm) abgeschnitten wurden. Die Ergebnisse zeigten, daß zumindest die in 4cm abgeschnittenen Thalli eine deutliche Regeneration des Thallus zeigte. Im Mai 2007 wurde dieses Experiment unter Laborbedingungen wiederholt. Hierzu wurden vitale Exemplare (n=10) aus der Labor-Aquakultur ausgesucht in jeweils 3cm lange Stücke geteilt. Die Schnittstellen wurden mit einem Faden markiert und in den Kultivierungsbehältern bei voreingestellten Bedingungen (siehe Labor-Aquakultur) gehalten und im Abstand von 2 Tagen kontrolliert. Bereits nach 16 Tagen wurden die knotenförmigen Vernarbungen an den Schnittstellen sichtbar (Abb. 17). Nach weiteren 21

23 14 Tagen konnte man den ersten Ansatz eines neuen Thallus, aus der Vernarbung herauswachsend, beobachten. Etwa 3 Wochen später zeigten sich weitere Thalli, die aus der Vernarbung herauswuchsen (Abb. 17). Abb. 17. Aus der knotenförmigen Vernarbung an der Schnittstelle (weißer Pfeil) entwickelte sich zunächst ein Thallus (gelber Pfeil) und später sogar weitere Thalli (rote Pfeile). Alle 10 abgeschnittenen Thalli bildeten eine Narbe an der Schnittstelle aus, während nur 8 Exemplare ein Wachstum eines neuen Thallus aus der Vernarbung heraus zeigten. Damit konnte erneut die Regenerationsfähigkeit von Delesseria sanguinea gezeigt werden, sogar unter Laborbedingungen. Die Ergebnisse zeigten darüber hinaus, daß es zum einen an den Schnittstellen zu einer Narbenbildung kam, die unter Freilandbedingungen nicht sichtbar war und zum anderen, daß die Regeneration (zumindest im Labor) relativ rasch erfolgen kann. Ferner wäre damit auch der Beweis erbracht, daß im Thallus von Delesseria sanguinea, wie bereits vermutet (Jahresbericht 2006), omnipotente Zellen vorhanden sein müssen aus denen sich ein Thallus regenerieren kann. 22

24 3.4. Weiterführende Untersuchungen Sporenaufzucht Bei einer erfolgreichen Induktion von Karpo- und Tetrasporen bei D. sanguinea durch die Veränderung bzw. Optimierung der abiotischen Faktoren in der Labor-Aquakultur sollten die reifen Sporen der Mutterpflanze entnommen und bis zur Keimung kultiviert werden. Da die Zuchtorganismen jedoch unter den voreingestellten Bedingungen nicht zur Sporulation gebracht werden konnten (vgl. Abschnitt 3.3), mußten Sporentragende Organismen aus dem Freiland (Steinschüttung) im März 2008 entnommen und deren Sporen für weitere Untersuchungen verwendet werden. Damit wurde der Versuch, der bereits im Jahre 2005 durchgeführt wurde (Schubert & Schygula, 2005), wiederholt. Die Sporen (Karpo- und Tetrasporen) wurden dafür in pasteurisiertes Seewasser überführt und bei 10 C bei konstantem Licht (20µE) und regelmäßigen Nährstoffzufuhr inkubiert. Zuvor wurden die Sporen in einem Auswaschverfahren entkontaminiert, d.h. alle assoziierten Fremdorganismen wie Cyanobakterien, Diatomeen etc. wurden Schrittweise ausgewaschen (Methode siehe Jahresbericht 2005). Nach dreitägiger Inkubationszeit unter den eingestellten Bedingungen waren alle Tetrasporen nicht mehr intakt. Nach weitern vier Tagen Inkubation (insgesamt 7 Tage) sind auch die Karposporen eingegangen. Der Grund für den relativ raschen Vitalitätsverlust der Sporen ist unbekannt. Nach einigen Gesprächen in Fachkreisen wurde die Schwierigkeit der Sporenaufzucht bei Rotalgen bestätigt (pers. Mitteilung Prof. Lüning). Andere Wissenschaftler-Kollegen (Prof. A. Buschmann; Universidad Puerto Montt, Chile) versuchen seit Jahren mit mäßigem Erfolg Sporen von Rotalgen unter Laborbedingungen für die Aquakultur aufzuziehen. Für den kommerziellen Betrieb einer Aquakultur mit D. sanguinea wurde uns von dieser Methode abgeraten und statt dessen auf die relativ sichere Methode der Biomassenproduktion durch die vegetative Reproduktion (Fragmentierung) zu setzten. Kryopreservation Weitere Untersuchungen an Karpo- und Tetrasporen von D. sanguinea, insbesondere im Zusammenhang mit der Kryopreservation, waren für den Zeitraum Februar und März 2008 vorgesehen. Dabei sollten Delesseria-Sporen in Kooperation mit der Universität Göttingen kryokonserviert werden. Da diese Methode bei mehrzelligen Rotalgen generell 23

25 noch nicht getestet wurde, sollten zunächst einige Vorversuche Vorort durchgeführt werden. Durch eine längere Abwesenheit der der Göttinger Kollegin, gerade in dem Zeitraum der Sporenbildung, konnten diese Versuche leider nicht durchgeführt werden. Diese Untersuchungen werden in der nächsten Förderungsperiode baldmöglichst nachgeholt. 4. Standortvergleich von Delesseria sanguinea Für den Aufbau und den Betrieb einer Makroalgen-Aquakulturanlage an der Universität Rostock sollten vorerst grundsätzliche Untersuchungen der Rotalge Delesseria sanguinea durchgeführt werden, da das Alleinstellungsmerkmal des Zuchtorganismus bzw. eines Produktes auf dem Markt entscheidend und daher vom großen Interesse in diesem Teilprojekt ist. Seit einigen Jahren wird an der Universität Rostock eine Pilot- Aquakulturanlage mit der Makroalge Delesseria sanguinea im Labor betrieben. Neben vielen Fragestellungen zur Ökophysiologie und Reproduktionsbiologie war es bislang unklar, ob die Ostsee-Delesseria tatsächlich genotypisch identisch mit der Altantik und Nordsee Form ist. Für die genetischen Untersuchungen wurde daher pflanzliches Material von unterschiedlichen Standorten benötigt, das nach der gleichen Prozedur und in derselben Jahreszeit (April) aus den Wildbeständen entnommen und anschießend behandelt wurde. Die Standortauswahl erfolgte nach dem Salinitätsgradienten sowie nach den bereits bekannten Zuchtgebieten, bzw, Impfquellen für D. sanguinea. Die erste Probennahme-Station war Roscoff an der Atlantikküste (Bretagne, Frankreich) bei einer Salinität von 34 psu. Dort wird Delesseria sanguinea seit Jahren geerntet und vor allem für die Kosmetikindustrie weiterverarbeitet. Helgoland (Nordsee) war mit ca. 30 psu die zweite Station für die Entnahme des Algenmaterials. Die dritte Probennahme- Station war Kiel mit etwa 20 psu. Anschließend wurde das künstliche Riff vor Nienhagen bei ca. 14 psu als vierte Station beprobt, wo eine potentielle Aquakulturanlage mit D. sanguinea berieben werden soll. Es wurden pro Standort (Roscoff/Atlantik, Helgoland/Nordsee, Kieler Bucht/westliche Ostsee und Nienhagen/südwestliche Ostsee) mindestens 20 Parallelen von Delesseria sanguinea unter Wasser gesammelt und entsprechend präpariert. Die Auswertung der Proben erfolgte zum Teil am Probennahmeort und im Labor an der Universität Rostock. 24

26 4.1. Ökologische und morphologische Studien Für diese Untersuchungen wurden folgende Parameter erhoben: 1) ökologische Parameter wie Tiefe, Substrat, Abundanz, Biomasse sowie Epibionten (Epiphyten und Epizoen) und 2) morphologische Parameter wie Thalluslänge, Thallusbreite und Vitalitätszustand der Exemplare. Roscoff Das Algenmaterial wurde aus der Bucht von Morlaix (bei Roscoff) in einer Tiefe von ca. 15m (mittleres Hochwasser) entnommen. Das Substrat war felsig mit einigen Findlingen versehen, auf denen vor allem große Braunalgen (insbesondere Laminaria hyperborea) wuchsen. Dazwischen waren vereinzelt Delesserien zu finden mit einer Abundanz von etwa 30 Individuen / m 2 (Abb. 18A). Insgesamt wurde eine Biomasse von ca. 520g FM entnommen, wovon etwa 300g FM die Epibionten ausmachten (18B). Unter den Epibionten waren die Epiphyten dominant (ca. 70%) mit den häufigsten Arten wie Chondrus crispus, Mastocarpus stellatus sowie den vielen Vertretern der Gattungen Ceramium und Polysiphonia. Unter den Epizoen (ca. 30%) waren die Ascidien (Ciona instestinalis) sowie diverse Schwämme (vor allem Halichondria panicea) und Bryozoen (Gattungen Electra und Reteporella) häufig. A B Abb. 18. A) Delesseria sanguinea (gereinigt) aus der Bucht von Morlaix und B) die Aufwuchsorganismen und nicht intakte Thalli von D. sanguinea. Delesseria sanguinea selbst war einer der häufigsten Epiphyten von Laminaria hyperborea und Laminaria digitata. Für diese Untersuchungen jedoch wurden die Exemplare direkt vom Substrat (Fels) entnommen. Die gereinigte Biomasse von D. 25

27 sanguinea entsprach einem Frischgewicht von ca. 220g und war damit geringer als die Gesamtbiomasse der Epibionten. Die Thalluslänge lag durchschnittlich bei 18 cm und die Thallusbreite war im Schnitt etwa 3 cm. Somit war die atlantische Form vom Habitus die größte von den in dieser Studie verglichenen Exemplaren. Helgoland Die Delesseria-Exemplare wurden auf Helgoland von einer Kaimauer (Südhafen) in einer Tiefe von max. 8m (mittleres Hochwasser) entnommen. Die geschätzte Abundanz auf diesem Substrat lag bei etwa 40 Exemplaren / m 2, wobei die Verteilung der Algen auf diesem Substrat eher punktuell war (patches). Auch an diesem Standort war D. sanguinea ein häufiger Epiphyt von großen Laminarien. Insgesamt wurde eine Biomasse von etwa 566g FM entnommen. Die Biomasse der Epibionten wog 402g FM (Abb. 19B), wobei hier die Epiphyten die häufigsten waren (ca. 90%), mit der dominantesten Epiphytenart Plocamium cartilagineum (95%). Die Epizoen (ca. 10%) mit Hydroidpolypen, Schwämmen und Bryozoen waren relativ selten vertreten. Die gereinigte Biomasse von D. sanguinea lag bei 164g FM (Abb. 19A) A B 10 cm 10 cm Abb. 19. A) Gereinigte und B) ungereinigte Delesseria-Exemplare vom Südhafen auf der Insel Helgoland. Ebenfalls an diesem Standort war die gereinigte Biomasse von D. sanguinea geringer als die Biomasse ihrer Epibionten. Die Thalluslänge der Delesseria-Exemplare lag durchschnittlich bei 16 cm und die Breite bei ca. 3 cm und war damit vom Habitus her mit der atlantischen Form vergleichbar. 26

28 Kieler Bucht Die Kieler Bucht (Schilksee) besteht im Wesentlichen aus Weichsubstrat (sandiger Boden) mit wenig Hartsubstrat (meist Findlinge) und ist damit hinsichtlich der Substratverfügbarkeit mit der Mecklenburger Bucht sehr gut vergleichbar. Daher war die Suche nach natürlichen Beständen von D. sanguinea etwas länger als an den oben beschrieben Standorten. Delesseria-Exemplare (Abb. 20) wurden von kleinen Findlingen oder sekundären Substraten (Ankersteine von Bojen) aus einer Tiefe von etwa 9m entfernt. Aufgrund der Substratarmut in diesem Gebiet wurde die Abundanz von D. sanguinea auf etwa 30 Individuen / m 2 geschätzt. Insgesamt wurde eine Biomasse von ca. 160g FM entfernt, wovon etwa 30g FM die Epibionten ausmachten. Dazu gehörten vor allem fädige Rotalgen (Gattungen Callithamnion, Ceramium und Polysiphonia) und die fädige Braunalge Ectocarpus siliculosus. Der Aufwuchs durch das Zoobenthos war recht gering (ca. 20%) und war insbesondere durch Bryozoen repräsentiert. Die gereinigte Biomasse der Delesserien belief sich auf etwa 130g FM. Die Thalluslänge betrug im Schnitt 11 cm und die Thallusbreite ca. 1,8 cm. Abb. 20. Delesseria sanguinea am Standort Schilksee (Kieler Bucht). Riff Nienhagen Delesseria sanguinea wurde von der Steinschüttung (Riff Nienhagen) in einer Tiefe von 12 m entfernt (Abb. 21). Die geschätzte Abundanz dieser Rotalge lag in diesem Gebiet zum Entnahmezeitpunkt (April) bei etwa 80 Exemplaren / m 2. Insgesamt wurde eine Biomasse von 187g FM entnommen. Nach der Reinigung der Aufwuchsorganismen (ca. 45g FM) verblieb eine Biomasse von 142g FM von D. sanguinea. 27

29 Abb. 21. Delesseria sanguinea am Standort Riff-Nienhagen. Die Diversität der Epibionten war mit denen am Standort Kieler Bucht vergleichbar. Auch am Riff Nienhagen waren die fädigen Rotalgen (Gattungen Callithamnion, Ceramium und Polysiphonia) sowie die fädigen Braunalgen (Ectocarpus siliculosus) gegenüber den Epizoen (Bryozoen) dominant. Die Thalluslänge lag bei durchschnittlich 10 cm und die Thallusbreite bei ca. 1,5 cm. Zusammenfassend lässt sich feststellen, daß die Delesseria-Exemplare zwischen den vollmarinen Standorten (Roscoff und Helgoland) und den Brackwasser-Standorten (Kieler Bucht und Riff-Nienhagen) sowohl ökologische als auch morphologische Unterschiede aufzeigen. Während die vollmarinen Individuen (Roscoff und Helgoland) eine höhere Diversität an epibiontischen Organismen aufwiesen, waren die Brackwasser- Individuen (Kieler Bucht und Riff-Nienhagen) deutlich weniger besiedelt. Letztere waren auch vom Habitus deutlich kleiner als ihre Artgenossen aus dem Atlantik und der Nordsee. Hinzu kommt noch die relativ hohe Abundanz von D. sanguinea in der Ostsee im Vergleich zu den vollmarinen Standorten. Die Ostsee-Individuen (insbesondere vom Standort Riff-Nienhagen) scheinen daher aufgrund der der vorhandenen Biomasse (Substratgebunden) und der geringeren Besiedlung durch Aufwuchsorganismen (geringer Reinigungsaufwand) geeigneter für eine potentielle Freilandzucht zu sein als ihre Artgenossen aus den vollmarinen Standorten. Gleichzeitig wurde auch Delesseria-Biomasse von den genannten Standorten der AG von Frau Prof. Dr. Alban für die Extraktion der sulfatierten Polysaccharide (sps) zur 28

30 Verfügung gestellt, um die Ausbeuten an sps mit den aus dem Standort Riff- Nienhagen) zu vergleichen Molekularbiologie Im Anschluß an die ökologisch-morphologische Studie wurde eine molekularbiologische Vergleichsstudie zwischen den vier Delesseria-Populationen durchgeführt. Dabei wurde die genetische Verwandtschaft zwischen den einzelnen Populationen untersucht, um festzustellen, ob es sich tatsächlich um eine Art an den beprobten Standorten handelt. Einer der ersten Schritte war die Isolation der genomischen DNA aus dem Algenmaterial der verschiedenen Standorte. Dabei wurden zunächst die Proben nach der Zugabe von 2%-igem CTAB (Cetyltrimethylammoniumbromid) unterschiedlich rot gefärbt (hell und dunkelrot). Dies ließ eine unterschiedliche Konzentration an Phycobiliproteinen in den jeweiligen Zellen vermuten. Nach der DNA-Isolation wurde anschließend eine PCR (Polymerase-Chain-Reaction) durchgeführt. Die so erhaltenen Banden wurden ausgeschnitten und anschließend für die Sequenzierung gereinigt (Perfect Gel Clean Up). Im Anschluß daran wurde die ribosomale DNA (Abb. 22) von der kleinen 18S Untereinheit bis zu der großen 28S Untereinheit mit 2 Parallelen pro Standort (2 Organismen) sequenziert. ETS ITS 1 ITS 2 18S SSU 5,8 S 28S LSU ETS 400 bp 150 bp 400 bp Abb. 22. Sequenzierter Bereich der rdna, bestehend aus der kleinen Untereinheit 18S (ShortSubUnit), der 5,8S Einheit, den beiden ITS-Regionen (InternalTranscribedSpacer) und der großen Untereinheit 28S (LargeSubUnit). An den beiden Enden befinden sich noch die sogenannten ETS-Regionen (ExternalTranscribedSpacer). Für den genetischen Vergleich von D. sanguinea von unterschiedlichen Standorten ist die rdna sehr gut geeignet. Sie besteht aus den kodierenden, konservativen Untereinheiten (18S und 28S) und aus den variablen, nichtkodierenden ITS-Regionen. Nach der Sequenzierung wurde ein Alignment durchgeführt, in dem die einzelnen Sequenzen (A, C, G, T Abfolgen) der Standorte miteinender verglichen wurde und ein Stammbaum (Abb. 23) mit den jeweiligen Ähnlichkeiten erstellt wurde. Dabei stellte sich 29

31 heraus, daß die Delesseria-Individuen aus dem vollmarinen Bereich (Roscoff und Helgoland) mit den Brackwasser-Exemplaren (Kieler Bucht und Riff-Nienhagen) eine 80%-ige Ähnlichkeit hatten. Die Proben sowohl zwischen Roscoff und Helgoland als auch die Ostsee-Exemplare zeigten untereinander eine ca. 90%-ige Übereinstimmung. Riff Nienhagen Kieler Bucht Roscoff Helgoland Abb. 23. Stammbaum mit Ähnlichkeiten der Individuen an den jeweiligen Standorten. Als Ergebnis läßt sich aber festhalten, daß die Delesseria-Exemplare von allen hier beschriebenen Standorten zu einer Art gehören. Dennoch ist das Ergebnis nicht so eindeutig ausgefallen wie zuvor erwartet, da der Sequenzer die ihm vorgegebenen Sequenzen nicht sauber genug gelesen hat. Dazu hätte man die nicht korrekt abgelesenen Aminosäuren-Bereiche erneut sequenzieren müssen, um die richtigen Buchstaben an entsprechenden Stellen der Sequenz zu erhalten. Das Ergebnis hat aber dennoch bestand. Die ökologischen und morphologischen Unterschiede zwischen Exemplaren an den vollmarinen und den Brackwasser Standorten deuten eher auf einen Ökotypus von Delesseria sanguinea innerhalb der Ostsee hin. 5. Dienstreisen Büsum Auf Einladung der WT-SH (Wirtschaftsförderung und Technologietransfer Schleswig- Holstein GmbH) erfolgte eine Dienstreise Mitte Juni 2007 mit Herrn Mohr zum Workshop Neues aus dem Meer nach Büsum. Dort wurde das Riff-Projekt durch Herrn Mohr vorgestellt und durch das Auditorium mit großem Interesse aufgenommen. Gleichzeitig 30

32 wurde diese Dienstreise als Besprechung der Projektinhalte mit der AG von Frau Prof. Dr. Alban genutzt, die ebenfalls am Workshop teilgenommen hat. Darüber hinaus wurden mehrere Kontakte zu Wirtschaftspartnern geknüpft, unter anderen mit der Sylter Firma SYPHARM, die ein großes Interesse an der Weiterverwertung der Extrakte aus Delesseria sanguinea zeigte. Düsseldorf Auf eine Einladung der Firma Bauer Kompressoren GmbH hin, die seit 2007 mit dem Ausbildungsbetrieb für Forschungstaucher an der Universität Rostock kooperiert erfolgte eine Dienstreise nach Düsseldorf auf die alljährliche Boot Messe. Dort in der Ausstellungshalle Unterwasser (Tauchsport) konnten die Mitarbeiter der Universität Rostock die am Projekt Künstliches Riff Nienhagen beteiligt sind (Dr. Niedzwiedz und Dr. Schygula) das Riff-Projekt der breiten Öffentlichkeit (insbesondere den Tauchern) in Form von Postern, Bildern, Videos und Flyern vorstellen. Die Messekosten (Standgebühr, Anfertigung von Postern und Flyern) wurden von der Firma Bauer übernommen. Die Ausstellung des Riff-Projektes auf der Boot hat in der Zeit vom stattgefunden und wurde zahlreich vom interessierten Publikum besucht. Daraus resultierten mehrere Beiträge in Fach- und Taucherzeitschriften, wie z.b DiveMaster und Unterwasser. Da das Jahr 2008 auch gleichzeitig das Internationale Jahr des Riffes war konnte durch die Präsentation des Riffs-Nienhagen auch das zahlreich vorhandene Fachpublikum angesprochen werden. Helgoland Die Dienstreise nach Helgoland vom diente der Probennahme von Delesseria sanguinea für die ökophysiologischen und genetischen Untersuchungen (siehe Kapitel 4). Mit freundlicher Unterstützung der Biologischen Anstalt Helgoland (BAH) des Alfred-Wegener-Institutes in Bremerhaven und in Begleitung von Herrn Thomas Mohr konnten die Delesseria-Proben im Südhafen der Insel Helgoland entnommen werden. Anschließend wurde seitens der BAH ein Labor für die Auswertung und Präparation der Proben für die genetischen (Universität Rostock) und pharmazeutischen Untersuchungen (CAU Kiel) zur Verfügung gestellt. Darüber hinaus wurde zwischen der BAH (PD. Dr. Fischer) und dem Riff-Projekt (T. Mohr, Dr. Schygula) 31