Universität zu Köln

Long-term dynamics of microbial biofilm communities of the river rhine

Eßer, Markus (2006) Long-term dynamics of microbial biofilm communities of the river rhine. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Composition and succession of all major organism groups in microfilm in a flow channel in the river Rhine were examined in parallel over a period of 14 months. In addition, abiotic parameters were monitored (e.g. temperature, water level, chlorophyll content). Based on these data an additional laboratory experiments involving chromadorid nematodes and bdelloid rotatoria, the first model ever of matter flow in the biofilm of a large river could be developed, possibly representing an important contribution to the identification of relevant interactions in the biofilm system. It could be demonstrated that the matter flow in biofilm of the river Rhine was dominated by protozoans - mostly filtrating species - in the investigated model system; they contributed around 78% to the mean annual metabolism. The most important representatives of heterotrophic flagellates were sessile choanoflagellates with abundances up to 100,000 individuals/cm². Throughout the year, ciliates were mostly dominated by peritrichous ciliates. With respect to individual count, metazoans were dominated by bdelloid rotatoria and chromadorid nematodes, representing together more than 90% of the metazoans during the study period. The densities of chromadorid nematodes were high, even up to 600 ind./cm². Another important result of the current study was the proof of the strong benthic-pelagic coupling in the Rhine. It could be demonstrated that only approximately 2% of the biomass metabolized in biofilm was autochthonously synthesized in the biofilm itself; 98% were imported directly from the pelagial. This high import portion of planctonic organisms controls the benthic microbial metabolic cycling in the investigated system, i.e. biofilm in the Rhine, and therefore also represents an important structuring factor for the planctonic food web. Sampling of ice habitats in the Antarctic demonstrated that also the communities of heterotrophic flagellates in Antarctic were primarily composed of benthic species. Biofilm in slush was dominated by filtrating species (choanoflagellates and chrysomonads) at the floe margins, being in agreement with the biofilm samples of the Rhine. Compared to individual counts in the pelagial, the individual density of protozoans in ice-related biofilms was significantly higher. It is suggested that the accumulation of organisms in the biofilms of ice-related habitats also in Arctic habitats plays an important role in the control of nutrient cycling.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Im Rahmen der Studie wurden Zusammensetzung und Sukzession aller wichtigen Organismengruppen im Biofilm (Algen, Bakterien, Flagellaten, Ciliaten, Meiofauna und Makrofauna) parallel über einen Zeitraum von 14 Monaten in einer Fließrinne im Rhein untersucht. Zusätzlich wurden abiotische Parameter erfasst (z.B. Temperatur, Wasserstand, Chlorophyllgehalt). Auf der Grundlage dieser Daten und der Ergebnisse zusätzlicher Laborexperimente mit chromadoriden Nematoden und bdelloiden Rotatorien konnte erstmalig eine Modellvorstellung für den Stofffluss in einem Biofilm eines großen Flusses entwickelt werden. Das aufgestellte Modell kann einen wichtigen Beitrag zur Identifizierung der wesentlichen Interaktionen innerhalb des Systems Biofilm leisten. Es konnte nachgewiesen werden, dass der Stofffluss im Biofilm des Rheins im untersuchten Modellsystem von Protozoen dominiert wurde, die im Jahresmittel mit ungefähr 78% zum Stoffumsatz beigetragen haben. Die Protozoen wurden hierbei von filtrierenden Formen dominiert. Bei den heterotrophen Flagellaten waren sessile Choanoflagellaten mit Abundanzen von bis zu 100.000 Individuen/cm² die wichtigsten Vertreter. Die Ciliaten wurden im Jahresgang zumeist von peritrichen Ciliaten dominiert. Die Metazoen wurden hinsichtlich Individuenzahl von bdelloiden Rotatorien und chromadoriden Nematoden dominiert, die über den gesamten Versuchszeitraum mehr als 90% der Metazoen stellten. Dabei bildeten die chromadoriden Nematoden Individuendichten von bis zu 600 Ind./cm² aus. Ein weiteres wichtiges Ergebnis der Studie war der Nachweis der starken bentho-pelagischen Kopplung im Rhein. Es konnte aufgezeigt werden, dass nur ungefähr 2% der im Biofilm umgesetzten Biomasse autochthon im Biofilm gebildet wurden, die restlichen 98% wurden direkt aus dem Pelagial importiert. Dieser hohe Import von planktischen Organismen steuert den benthischen mikrobiellen Stoffkreislauf im untersuchten System Biofilm im Rhein und wird somit auch für das planktische Nahrungsnetz zu einem wichtigen strukturierenden Faktor. Die Beprobung von Eishabitaten in der Antarktis ergab, dass sich auch die Gemeinschaften der heterotrophen Flagellaten in den dortigen Biofilmen vorwiegend aus benthischen Formen zusammensetzt haben. Der Biofilm im Wasser-Eis-Gemisch (slush) an den Schollenrändern war, wie die untersuchten Biofilme des Rheins, von Filtrierern (Chonoflagellaten und Chrysomonaden) dominiert. Die Individuendichte der Protozoen in den eisangebundenen Biofilmen war im Vergleich zu den Individuenzahlen im Pelagial deutlich erhöht. Es kann unterstellt werden, dass die Akkumulation von Organismen in den Biofilmen der eisangebundenen Habitate auch in den arktischen Lebensräumen eine wichtige steuernde Größe innerhalb der Stoffkreisläufe einnimmt.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Eßer, Markusm.esser@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-17999
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Biofilm , Flagellaten , Rhein , MeiofaunaGerman
    biofilm , flagellates , rhine , meiofaunaEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Zoologisches Institut
    Language: English
    Date: 2006
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 06 June 2006
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 20 Jul 2006 11:24:40
    Referee
    NameAcademic Title
    Arndt, HartmutProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/1799

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