Ein Einblick in aktuelle Forschungsthemen der Arbeitsgruppe ARJEL:

Wie divers ist die gelatinöse Zooplankton Gemeinschaft im Arktischen Ozean?

Die Fragilität von gelatinösem Zooplankton schließt herkömmliche Fangmethoden durch (Schlepp-) Netze aus und kann die Resultate verfälschen. Um eine genaue Einschätzung der Quallen-Diversität, des Verteilungsmusters und der Abundanz zu erhalten, verwenden wir bei den Felduntersuchungen deshalb einen integrativen Ansatz und kombinieren Netzfänge mit optischen Instrumenten (Bild- oder Videomaterialien) und Umwelt-DNA (eDNA) bei den Untersuchungen von Wasser und Sedimentproben. Im Rahmen des Projektes „FramJelly“, einer Kooperation zwischen dem AWI und dem GEOMAR, wurde während der Polarstern Expedition PS126 die Diversität von Quallen anhand von Ergebnissen aus Proben tiefengeschichteter Multinetze, Zusammensetzungen der eDNA-Gemeinschaft innerhalb der Wassersäule in verschiedenen Tiefen und dem Auftreten von Organismen im Videomaterial des geschleppten Kamerasystems PELAGIOS (GEOMAR) verglichen (Siehe Schaubild unten). Mit den Ergebnissen der Studie streben wir eine Ausgangslage der Vielfalt des gelatinösen Zooplanktons der Framstraße, dem atlantischen Tor zur Arktis, für ein Langzeitmonitoring an, sodass zukünftige Veränderungen erkannt werden können. In Zusammenarbeit mit dem GEOMAR wurden eDNA Proben aus verschiedenen Jahren (2019-2021) entnommen und es ist beabsichtigt, dieselben Stationen weiterhin jährlich zu beproben.

Wie können Quellen die Polarnacht überleben? Welche Arten kommen im Winter vor und wovon ernähren sie sich?

Während unseres Aufenthalts in der Forschungsbasis AWIPEV auf Spitzbergen im Winter 2021/2022 untersuchten wir das Vorkommen der überwinternden Quallen, ihre Verbreitung und ihr Nahrungsverhalten. Dabei verwendeten wir Probennahmen per Netz, eDNA Proben aus Wasser und Sediment sowie DNA-Metabarcoding der Mageninhalte von Quallen. Die Analysen werden weitere Erkenntnisse über die Zusammensetzung der gelatinösen Zooplankton Gemeinschaft, während diesem bisher wenig untersuchten, aber ökologisch sehr relevantem Zeitraum bringen.

Wie wichtig sind “Jelly-falls“ (sinkende Quallenkadaver) für die Aufrechterhaltung des benthischen Nahrungsnetzes?

Quallen können eine wichtige Rolle in der Erhaltung des benthischen Nahrungsnetzes spielen. Durch die Kombination von vermutlich geringem Prädationsdruck und einer explosivartigen Wachstumsrate vieler Quallenarten, können sinkende Quallenkadaver einen effizienten Transportmechanismus von Kohlenstoff zum Meeresboden darstellen, die sogenannten Jelly-falls. Auf dem Meeresboden dienen sie als eine potenzielle Nahrungsquelle für eine vielfältige Aasfressergemeinschaft, einschließlich bentho-pelagische Amphipoden. Bisher ist noch unerforscht, in welchem Rahmen die benthische Artengemeinschaft in den arktischen Fjorden und Tiefseesystemen, besonders im Winter, von Jelly-Falls als Nahrung profitiert. Um diese Wissenslücke zu schließen, stellen wir an verschiedenen Stellen beköderte Fallen aus und fangen Aasfresser für anschließende Nahrungsanalysen anhand von DNA-Metabarcoding.

Gibt es neben Salpen noch andere gelatinöse Organismen, die eine wichtige Rolle im Ökosystem des Südlichen Ozeans spielen? 

In mehreren marinen Ökosystemen gab es innerhalb der letzten Jahre eine Zunahme des gelatinösen Zooplanktons. Diese sogenannte “Jellyfication” gilt auch für die wärmeren Regionen des Südlichen Ozeans, zum Beispiel führte die schnelle Erwärmung der Antarktischen Halbinsel zu dem berüchtigten Wandel des ursprünglich auf Krill basiertem Ökosystem in ein nun auf Salpen basiertes. Abgesehen von Salpen ist anderes gelatinöses Zooplankton der Antarktis jedoch auf Grund der Schwierigkeiten bei der Probennahme wenig erforscht. Durch das Sammeln von gelatinösen Zooplankton Proben während verschiedener Vorhaben im Südlichen Ozean sowie der Entnahme von Wasser- und Sedimentproben für eDNA Studien, untersuchen wir die regionale Vielfalt und Verteilungsmuster. Das Nahrungsverhalten von Amphipoden, Laternenfischen und Antarktisfischen wird mit Hilfe von DNA-Metabarcoding auf Quallen Prädation untersucht. Ziel ist es, die Ergebnisse aller DNA-Studien miteinander zu kombinieren und eine allumfassende „metaphylogeografische“ Analyse durchzuführen, die Aufschluss über die Quallenpopulationen und ihre Verbindungen durch den gesamten Südlichen Ozean gibt. Diese Studie wird mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG, DPP1158 Antarktisforschung) im Rahmen des Projekts HA7627/3-1 in Zusammenarbeit mit der Universität Duisburg-Essen durchgeführt.

Zielregionen:

Obwohl unser Hauptfokus auf Quallen in der Arktis liegt, führen wir auch Studien über gelatinöses Zooplankton in anderen Regionen der Welt durch. Die Arbeitsgruppe beprobte gelatinöses Zooplankton während den Forschungsexpeditionen FS Heincke HE560 (2020), Walter Herwig WH440 (2020), FS Polarstern PS126 (FramJelly, 2021) und während des AWIPEV Projekts KOP183 (2022). Weiterhin wurden für das ARJEL Projekt Proben durch Teilnehmer der MOSAIC Kampagne im zentralen Arktischen Ozean gesammelt. Die nächste Expedition “RISING” mit der FS Heincke HE605, erforscht die Artengrenzen und -verschiebungen des gelatinösen Zooplanktons entlang eines Breitengradienten der Fjorde von Norwegen und Spitzbergen (August-September 2022). Zusätzlich werden wir als Nebennutzer Studien zur Quallendiversität im Rahmen der Arktischen Kampagne PS131 „ICE-Jelly“ und der im Südlichen Ozean stattfindenden Kampagne PS134 „SO-Jelly“ durchführen. In Zusammenarbeit mit dem Fachbereich Marine Zoologie der Universität Bremen findet eine Betrachtung von Quallen als Beute von Amphipoden im Benguela-Auftriebssystem statt.

Das Unsichtbare sichtbar machen: Optische Erhebungen und eDNA zur Bewertung der Verteilungsmuster von Quallen

Zooplankton wird traditionell mit Netzen untersucht, diese unterschätzen jedoch immer wieder die Abundanz der zerbrechlichen und wässrigen Quallen, wodurch nicht die gesamte Artenvielfalt erfasst werden kann. Um diese schwer zu erfassenden Tiere zu untersuchen, wendet ARJEL eine umfangreiche Reihe von fortschrittlichen Technologien an, die es ermöglichen die Diversität und Abundanz auf Grundlage der neuesten Erkenntnisse zu beurteilen.

Wir verwenden optische Instrumente, um die Häufigkeit und das Verteilungsmuster von Quallen zu dokumentieren. Durch das breite Größenspektrum von gelatinösem Zooplankton, welches von kleinen Appendikularien und Hydrozoen mit einer Größe von weniger als einem Zentimeter bis hin zu riesigen Schirmquallen (Scyphozoa) mit mehreren Metern reicht, benötigen wir auch ein breites Spektrum an Instrumenten. Der Underwater Vision Profiler (UVP) wird eingesetzt, um das kleinere Zooplankton zu erfassen, während Kameras auf Schleppsystemen oder ferngesteuerten Fahrzeugen (ROVs) eingesetzt werden, um größere Individuen der gelatinösen Zooplanktongemeinschaft zu dokumentieren.

Neben dem Einsatz dieser modernen Techniken setzen wir Planktonnetze ein (Multinetze, Bongo-Netze, Handnetze), um die neu angewandten Methoden (eDNA, Optik) zu validieren und Proben für die morphologische und molekulare Identifizierung zu sammeln. Diese Exemplare werden auch für Experimente verwendet, wie z. B. Experimente zur Temperaturerhöhung/-absenkung, um die thermische Reaktion einer Art oder Population einzuschätzen. Um eDNA-Analysen zu kalibrieren und den eDNA-Zerfall im Laufe der Zeit sowie die quantitative Verbindung zwischen der Biomasse der Quallen und der Abgabe von DNA Mengen in die Umgebung zu untersuchen, werden weitere Experimente mit Quallen unterschiedlicher Arten durchgeführt. Zu diesem Zweck halten wir die Quallen in großen Kreiseltanks.