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Die Zooplanktonforschung am DZMB befasst sich mit der Charakterisierung der Lebensgemeinschaften des Zooplanktons in den Meeresgebieten rund um die Welt. Marines Zooplankton umfasst eine weite Gruppe freischwimmender Lebewesen, von wenigen Mikrometern großen Protisten bis zu Quallen, welche Spannweiten bis über einen Meter erlangen können. Viele Zooplankter sind eine essenzielle Komponente in marinen Nahrungsnetzen, da sie Energie auf höhere trophische Ebenen übertragen. Sie werden als Umweltindikatoren verwendet, um Veränderungen und Verschiebungen in marinen Ökosystemen zu erkennen.

Das Hauptaugenmerk bei uns liegt dabei auf Organismen des Mesozooplanktons, Tieren im Größenbereich von 0.2 bis 20 mm, und hier im Speziellen auf pelagischen Ruderfußkrebsen, den calanoiden Copepoden. Calanoide Copepoden sind die zahlreichste Metazoengruppe der Welt und kommen sowohl in marinen wie auch in brackigen und limnischen Gewässern vor. Die Anzahl der existierenden Arten wird momentan auf über 2000 geschätzt, es wird jedoch davon ausgegangen, dass viele Arten bisher noch unentdeckt sind. Speziell in marinen Systemen spielen calanoide Copepoden eine bedeutende Rolle in dem Transfer von Energie von der Primärproduktion der Algen auf höhere trophische Ebenen.

Schwerpunkte der Zooplankton Arbeit liegen auf dem Monitoring von Zooplankton an der LTER Station Helgoland Reede, Fragestellungen zur Taxonomie und Biodiversität inklusive der Erforschung moderner Technologien zur Artbestimmung, sowie auf experimentellen Untersuchungen des Einflusses biotische und abiotischer Faktoren auf Reproduktion und Wachstum im Labor.

Die Zooplankton Zeitserie Helgoland in der Deutschen Bucht, etwa 60 km vom deutschen Festland entfernt (54 11’N 7 54’E) ist ein hochfrequentes Monitoring Programm, welche seit 1975 Phänologie und Dynamik des Meso- und Makrozooplanktons an der Beobachtungsstation Helgoland Reede untersucht. Das Programm wurde ursprünglich 1974 von Wulf Greve an der Biologischen Anstalt Helgoland gestartet und später in Kooperation vom Bundesamt für Seeschifffahrt und Hydrographie, dem Alfred-Wegener-Institut für Polar- und Meeresforschung und dem DZMB fortgesetzt.

Zusätzlich zu den Zooplanktondaten umfasst die Probennahme eine Phytoplankton-Zeitreihe (seit 1962) sowie Zeitreihen für anorganische Nährstoffe, Salzgehalt und Temperatur und mehrere kürzere Zeitreihen (z.B. Chlorophyll und andere Daten von Fährboxsystemen).

Die hohe Beprobungsfrequenz der Helgoland Reede Zeitreihen bietet eine einzigartige Gelegenheit zur Untersuchung langfristiger Trends in abiotischen und biotischen Parametern, aber auch ökologischer Phänomene, wie saisonalen Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Komponenten des Nahrungsnetzes. Gleichzeitig wird ein frühzeitiges Entdecken invasiver Arten ermöglicht.

Zooplankton sind kleine Drifter in den Meeresströmungen der Ozeane. Sie spielen eine wesentliche Rolle in allen marinen Ökosystemen, da sie die Energie vom Phytoplankton zu Fischen sowie Vögel und Wale übertragen. Als Bindeglied wirken sich alle Veränderungen der Planktongemeinschaften unweigerlich auf das gesamte Ökosystem aus.

Angesichts der globalen Erwärmung und des Drucks, der durch menschliche Aktivitäten auf die marinen Systeme ausgeübt wird, sind Messungen der Zooplankton-Biodiversität dringend erforderlich, um Basislinien festzulegen und umfassende Analysen über den Zustand der Ökosysteme zu erstellen. In den letzten Jahrzehnten wurden verschiedene Standardprogramme entwickelt, Veränderungen innerhalb von Zooplanktongemeinschaften zu überwachen. Die morphologische Bestimmung von Zooplankton ist jedoch zeitaufwendig, erfordert umfassende taxonomische Kenntnisse und unterschätzt oft die wahre Vielfalt aufgrund des Vorkommens vieler kryptischer Arten. Daher besteht ein hoher Bedarf an schnellen, einfach zu verwendenden und kostengünstigen Analysemethoden. Die Anwendung artspezifischer Proteom-Massenprofile, die mit MALDI-TOF MS (matrix-assisted laser/desorption ionisation time of flight mass spectrometry) gemessen werden, birgt ein großes Potenzial zur schnellen Artunterscheidung. Im Vergleich zum Metabarcoding erfordert diese Methode weniger Zeit, weniger teure Verbrauchsmaterialien und weniger spezialisiertes Personal. Das Hauptziel unseres Projekts besteht darin, die Anwendbarkeit proteomischer Fingerabdrücke zur Bestimmung der Biodiversität im Zooplankton zu evaluieren. Calanoide Copepoden dienen dabei als Modelltaxon. Wir bestimmen die Variabilität von Proteom-Fingerabdrücken innerhalb und zwischen Arten durch Vergleich verschiedener Lebensstadien und Populationen. Der Nutzen der Methode in Ökosystemen mit einer hohen Anzahl unbeschriebener Arten wird in einer Fallstudie an benthopelagischen Copepoden der Tiefsee untersucht. Als wichtiger Teil dieses Projekts entwickeln wir eine Referenzbibliothek, die Proteom-Fingerabdrücke, aber auch integrierte morphologische und molekular taxonomische Informationen für calanoide Copepoden beinhaltet, um Experten und Nicht-Taxonomen die Artbestimmung zu erleichtern. Das Projekt ist Teil des DFG-Schwerpunktprogramms SPP 1991 Taxon-Omics (https://www.taxon-omics.com) mit einer Förderperiode von 2018-2021.

Calanoide Copepoden, welche im Benthopelagial direkt über dem Meeresboden in der Tiefsee ab 3000m leben, bilden eine sehr diverse Gruppe in diesem Ökosystem. Aufgrund der Schwierigkeiten diesen Lebensraum zu beproben, ist bisher jedoch sehr wenig über die Biodiversität der benthopelagischen Calanoiden, ihre Verbreitung oder ihre Ökologie bekannt.

Seit Ende des 20. Jahrhunderts ermöglicht die Einführung und Nutzung moderner Geräte für die Beprobung des Meeresbodens die Erforschung der Lebensgemeinschaften der Tiefsee. Fangeräte wie der Epibenthosschlitten, welcher auf Forschungsschiffen wie Polarstern oder Meteor eingesetzt werden oder der amerikanischen Tiefseetauchroboter ALVIN ermöglichen einzigartige Probennahmen, und bringen eine hohe Anzahl neuer und seltener Taxa zu Tage. So konnte in den letzten Jahren gezeigt werden, dass die Biodiversität der calanoiden Copepoden in der Tiefee nah am Boden vergleichbar ist zu vielen pelagischen Ökosystemen. Ein Großteil der im Benthopelagial vorkommenden Arten sind jedoch neu und bisher nicht beschrieben. Die Erkennung und Beschreibung neuer Arten erfolgt integrativ mittels morphologischer und molekularer Methoden. Die Phylogenie calanoider Copepoden wird mit Hilfe molekularer Marker wie COI, cyt b, ITS2, 18s und 28s untersucht.

Calanoide Copepoden besitzen eine Schlüsselrolle in marinen Nahrungsnetzen, da sie vielen kommerziell genutzten Fischarten als Hauptnahrungsquelle dienen und als Grazer auf das  Phytoplankton so Energie von der Primärproduktion auf höhere trophische Ebenen transferieren. Jede Veränderung auf der Gemeinschaftsebene der Copepoden hat daher Konsequenzen für das gesamte marine Nahrungsnetz.

Charakteristika in der Populationsdynamik, wie Reproduktionszeit und -potential, Wachstum oder Sterberaten sind wichtige Parameter um den Lebenszyklus calanoider Copepoden zu beschreiben, die Sekundärproduktion abzuschätzen und Rückschlüsse vom Einfluss des Lebenszyklus calanoider Copepoden auf die Rekrutierung und Bestandsdynamik kommerziell genutzter Fische zu ziehen.

Wir untersuchen die Auswirkung von Veränderungen der physikalischen Umwelt auf Wachstum, Entwicklung und Sterblichkeit einzelner Copepodenarten (Pseudocalanus elongatus, Acartia tonsa) aus Nord- und Ostsee experimentell in-situ an Bord von Forschungsschiffen und an Tieren aus Laborkulturen untersucht.

Diese Untersuchungen sollen Aufschluss darüber geben, ob die in Nord- und Ostsee vorkommenden Arten langfristig fähig sind, sich an Veränderungen in ihrer Umwelt anzupassen und eine Population in den untersuchten Gebieten aufrecht zu erhalten, oder ob die Umweltveränderungen ein Abwandern oder Aussterben verschiedener Art verursachen.