Universität zu Köln

Control of biofilm-dwelling ciliate communities by temperature and resources

Norf, Helge (2008) Control of biofilm-dwelling ciliate communities by temperature and resources. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    Laboratory and field-related experimental approaches were combined to investigate the impacts of temperature and resource enhancements on the development of biofilm-dwelling ciliate communities. The first part of this study concentrated on ciliate community responses towards experimental warming. It was shown that temperature increase during winter can significantly accelerate the early colonization of biofilms by ciliates and enhance the organism density when the resource supply is sufficient. This can also result in the formation of significantly altered ciliate communities in consequence to temperature increases. In contrast, temperature increase during summer reduces the carrying capacity of biofilms for ciliates when the resource density is low. This finding was confirmed by the results of an experiment with cross-manipulations (temperature- and resource enhancements), in which the negative effect of warming was buffered by supplemental resources The second part of this work concentrated on the responses of biofilm-dwelling ciliate communities towards resource enhancements from two different origins, namely benthic and planktonic bacteria. It was shown that ciliate community responses towards benthic bacteria enrichments are often limited, whereas the ciliates can generally profit from planktonic bacteria enhancements. Such stimulation could either occur directly by the enhancement of suspension-feeding ciliates at especially high temperatures, whereas indirect ciliate community responses were detected, especially at low temperatures. Here, their enhancement was coupled to a previous enhancement of suspension-feeding heterotrophic flagellates, which in return were grazed upon by ciliates. The magnitude of responses strongly depended on the seasonal conditions with regards to both the environmental setting as well as to the presence or absence of ciliate consumers (micrometazoa). The latter finding was also confirmed for pre-grown, mature ciliate communities. Taken together, the different aspects of this study demonstrated that when considered separately, both factors (i.e. temperature and resource density) can significantly affect the development and the structure of biofilm-dwelling ciliate communities. However, the magnitude of community responses towards manipulations of either factor was tightly coupled to the environmental conditions with particular regards to the ambient resource load (in the experiments with temperature enhancements) and to the ambient water temperature (in the experiments with resource enhancements). This demonstrates that temperature and resource availability interactively control the development and the structure of biofilm-dwelling ciliate field communities. Admittedly, ciliate community responses to environmental changes can be hidden due to grazer activities. Although, the assumption of community responses towards environmental changes always has to consider the environmental background (temperature, resource availability, grazer activity) besides of shifts in particular variables.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Bei den hier vorgestellten Arbeiten wurde der Einfluss von Temperatur und Ressourcenerhöhung auf die Entwicklung von biofilmbewohnenden Ciliatengemeinschaften untersucht. Dazu wurden experimentelle Labor- und Freilandansätze miteinander kombiniert. Der erste Teil dieser Arbeit befasste sich mit dem Einfluss experimenteller Erwärmung auf Ciliatengemeinschaften. Es zeigte sich, dass eine Temperaturerhöhung im Winter die Biofilmbesiedlung durch Ciliaten sowohl signifikant beschleunigen als auch die maximale Ciliatendichte erhöhen kann, insofern ausreichend Ressourcen vorhanden sind. Dies führt ebenfalls zu einer Ausprägung signifikant verschiedener Ciliatengemeinschaften in Folge von Erwärmung. Im Gegensatz dazu führt Temperaturerhöhung bei niedrigen Ressourcendichten im Sommer zu einer reduzierten Kapazität von Biofilmen für Ciliaten. Die Bedeutung der Ressourcenverfügbarkeit konnte in einem Experiment mit Kreuzmanipulation (Temperatur- und Ressourcenerhöhung) bestätigt werden, in welchem die negativen Einflüsse von Erwärmung auf die Kapazität durch zusätzliche Ressourcen kompensiert werden konnten. Der zweite Teil dieser Arbeit befasste sich mit dem Einfluss von erhöhter Ressourcenverfügbarkeit (planktische und benthische Bakterien) auf Ciliatengemeinschaften. Dabei fielen die Effekte erhöhter benthischer Bakteriendichte auf die Ciliatengemeinschaften eher gering aus, wo hingegen die Gemeinschaften von einer erhöhten planktischen Bakteriendichte generell deutlich profitieren konnten. Insbesondere bei hohen Temperaturen war die Stimulation der Gemeinschaften Folge einer direkten Erhöhung planktivorer Ciliaten, während bei niedrigen Temperaturen eine indirekte Förderung der Ciliaten auftrat. Diese war an ein erhöhtes Wachstum suspensionsfressender heterotropher Flagellaten gekoppelt, die anschließend von Ciliaten abgeweidet wurden. Die Effektstärken hingen dabei stark von den Umweltrahmen-bedingungen sowie von dem Vorhandensein von Konsumenten der Ciliaten ab. Zu Letzterem konnte in weiteren Versuchen mit späten, vorkultivierten Biofilmen gezeigt werden, dass erhöhte Ciliatenproduktion in Folge von Ressourcenerhöhungen direkt auf Konsumenten übertragen werden können, sodass kein quantitativer Effekt auf die Ciliatengemeinschaft verzeichnet werden kann. Zusammengefasst zeigen die hier vorgestellten Arbeiten, dass Temperatur und Ressourcenverfügbarkeit die Entwicklung von biofilmbewohnenden Ciliatengemeinschaften separat betrachten signifikant beeinflussen können. Die Stärke von Gemeinschaftseffekten hing dabei jedoch immer von weiteren Umweltparametern ab, insbesondere von der Ressourcenverfügbarkeit (bei experimenteller Temperaturerhöhung) und von der Temperatur (bei experimenteller Ressourcenerhöhung. Das zeigt, dass Temperatur und Ressourcenverfügbarkeit bei der Steuerung biofilmbewohnender Ciliatengemeinschaften stark interagieren. Allerdings können die Effekte von Umweltveränderungen auf Ciliatengemeinschaften von Konsumenten der Ciliaten überlagert werden. Voraussagen über Anpassungen von Gemeinschaften infolge von Umweltveränderungen müssen daher stets jahreszeitliche Variabilität (Temperatur, Ressourcenverfügbarkeit, Konsumentenaktivität) mit einbeziehen.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Norf, Helgeh.norf@arcor.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-26987
    Subjects: Life sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Biofilme, trophische Interaktionen, globale Erwärmung, Fliessgewässer, komplexe GemeinschaftenGerman
    Biofilms, trophic interactions, global warming, running waters, complex communitiesEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Zoologisches Institut
    Language: English
    Date: 2008
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 24 June 2008
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 11 May 2009 11:21:59
    Referee
    NameAcademic Title
    Arndt, HartmutProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2698

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