ALBERT

Description: At present days the biosphere is experiencing a rapid diversity decline. Disturbance and prductivity are often cited as main factors determinig patterns of species diversity. Connell's intermediate disturbance hypothesis (IDH) postulates that diversity peaks at an intermediate level of disturbance intensity. Kondoh proposes a further model where the peak in th diversity-disturbance relationship is shifting to higher levels of disturbance with increasing productivity. To test the validity of Connell's concept and Kondoh's model for the hard-bottom communities of the south coast of Madeira Island, Portugal, an in situ experimental approach was chosen. Macrobenthic sessile communities were surveyed on artifical settlement substrate (PVC-panels, 15x15 cm). During 6 months, a total of seven disturbances frequencies and three nutrient treatment were applied. A single disturbance event comprised biomass removal of 20% of the panel area. Species richness, Pielou's evenness, Shannon index and total percent cover were recorded to measure the effects of productivity and disturbance treatments on diversity and community structure. Kondoh's model and the IDH were not supported by this study.

Description: In this work the impact of microphysics of ice crystals on the polarization behaviour of solar radiation is studied. For this purpose the single scattering model of Macke (1994) is used. The main focus is on the examination of characteristical properties of the backscattering area to draw conclusions on the microphysical consistence of the cloud. Two different types of crystals are examined, hexagonal columns and plates. If an isotropic distribution of the crystal orientation is given, the typical halos are generated. The polarization properties of both crystals are similar, conclusions on the crystal geometry are difficult to draw. The limitation of the crystal orientation to one plane shows the possible ray paths. The comparison of the two crystals displays clear differences. Choosing a maximum tilt angle to simulate the preferred horizontal orientation of atmospheric ice crystals affects the polarization properties of the two crystal geometries. The presetting of realistic parameters permits the conclusion that an inference on the microphysics of a cirrus cloud by dint of polarization properties in the backscattering area could be possible. Consideration of absorption doesn't change the polarization behaviour in a decisive manner.

Description: Durch Herbivorenfraß induzierte Verteidigung ist bei Pflanzen terrestrischer Systeme häufig nachgewiesen worden. Hierbei beruht die chemische Verteidigung auf einer Veränderung der Sek:undärmetabolite und eine mechanische Verteidigung auf physikalisch höherer Widerstandsfähigkeit der Pflanzen. Die Beispiele induzierter Verteidigung bei Makroalgen mariner Habitate sind noch relativ selten. In der vorliegenden Arbeit wurden eine Braun-, eme Grün- und drei Rotalgenarten der südafrikanischen Küste auf induzierbare Verteidigung durch Herbivorenfraß untersucht. Dabei wurde durch Herstellung von Algenhomogenat die rein chemische Verteidigung von der mechanisch-chemischen in intakten Algenstücken getrennt untersucht. Die Braunalge Dictyopteris ligulata wurde zusätzlichen Nährstoffen ausgesetzt, um einen effekt erhöhter Nährstoffzufuhr auf die Fraßverteidigung zu überprüfen. Des weiteren sollten Wachstumsraten der Algen zeigen, ob die Verteidigung metabolische Kosten beim Primärmetabolismus verursacht. Bei Fraßversuchen mit der Rotalge Galaxaura diessingiana wurden zudem die Verhaltensweisen der verwendeten Herbivoren als Ethogramme dokumentiert. Die Konsumptionsraten der Herbivoren auf der Braunalge Dictyopteris ligulata ließen zwar keine induzierte Verteidigung erkennen, allerdings bewirkten zusätzliche Nährstoffe offenbar eine erhöhte Nahrungsqualität der Algen für die Herbivoren. Metabolische Kosten konnten in den behandelten Algen nicht nachgewiesen werden. Bei der Rotalge Galaxaura diessingiana konnte mechanische Verteidigung induziert werden. Chemische Verteidigung in dieser Alge scheint unwahrscheinlich, nicht zuletzt aufgrund der beobachteten Verhaltensweisen der Herbivoren auf Algenhomogenat. Bei einer zweiten Rotalge, Gracilaria capensis, wurde festgestellt, dass der Fraß der Herbivoren an induzierten Algen stärker war, möglicherweise durch auslaufende Stimulanzien. Chemische Verteidigungsmechanismen waren in keiner der getesteten Algen nachzuweisen. Aufgrund dieser vielfältigen Ergebnisse muss davon ausgegangen werden, dass es sich bei der Interaktion von marinen Produzenten und Konsumenten um komplexe Vorgänge handelt, die nicht nur von den Organismen autonom bestimmt werden, sondern von abiotischen Faktoren, wie z.B. Licht und Nährstoffverhältnissen, in starkem Masse abhängen und auf komplexe Art und Weise die Struktur der benthischen Habitate beeinflussen.

Description: Störungen treten in der Natur mit hoher zeitlicher und räumlicher Variabilität und Stochastizität auf. Da der Fokus der ökologischen Forschung in diesem Bereich bisher auf der Intensität und Frequenz von Störungen lag, ist über die Auswirkungen der Variabilität dieser Prozesse auf die Zusammensetzung von Artengemeinschaften wenig bekannt. Gerade in Ökosystemen, in denen eine saisonale Dynamik von Ausbreitungsstadien verbreitet ist, sollte die zeitliche Variabilität der Bereitstellung von Ansiedlungsraum durch Störungen jedoch von hoher Bedeutung sein. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurde der Einfluss von Störungen und der zeitlichen Variabilität ihres Auftretens auf makrobenthische Aufwuchsgemeinschaften experimentell untersucht. Das Experiment war ein Teilprojekt eines internationalen Programms (Global Approach by Modular Experiments, GAME) und wurde in dem Zeitraum von November 2004 bis April 2005 an der Südostküste Brasiliens in der Bucht von Guanabara durchgeführt. Auf künstlichen Besiedlungssubstraten wurden zunächst zwei Gruppen von verschieden alten Aufwuchsgemeinschaften etabliert und anschließend über einen Zeitraum von 150 Tagen standardisiert gestört. Dabei wurden neben ungestörten Kontrollen verschiedene Störungsbehandlungen angewendet, wobei die Störungsintensität und die Frequenz der Störungen bei allen Behandlungen gleich war. Diese Störungsbehandlungen umfassten zeitlich regelmäßige Störungen, Sequenzen zeitlich gering variabler Störungen und Sequenzen zeitlich höher variabler Störungen (nested design). Die experimentellen Einheiten waren dabei in randomisierten Blöcken angeordnet. Mit Hilfe von Kontrast-, Varianzanalysen und multivariaten Verfahren wurden die Effekte der Störung, der zeitlichen Variabilität der Störung sowie der in der Variabilitätsstufe genesteten Sequenzen auf verschiedene Variablen untersucht. Dies waren die Biomasse, die Zusammensetzung und Stuktur, α- und γ-Diversität, die Bedeckungsgrade durch die häufigsten Taxa sowie die Evenness der Gemeinschaften untersucht. Dabei konnte lediglich signifikante Effekte der Störung auf die Biomasse, Bedeckungsgrade durch einzelne Taxa und die Struktur der Artengemeinschaften festgestellt werden, weder die zeitliche Variabilität der Störungen noch die in den Variabilitätsstufen genesteten Sequenzen wiesen signifikante Effekte auf die untersuchten Variablen auf. Die zeitliche Variabilität der Störungen spielte demnach im betrachteten System keine nachweisbare Rolle. Diese Ergebnisse widersprachen zwar den Erwartungen, ließen sich jedoch mit Besonderheiten des Untersuchungsgebietes gut erklären. In der stark eutrophierten Bucht von Guanabara unterliegt die Verfügbarkeit von Ausbreitungsstadien keiner ausgeprägten zeitlichen Dynamik, die makrobenthischen Gemeinschaften waren zudem stark durch flächige Absterbeereignisse in Folge von Sauerstoffzehrung betroffen. Alternativ könnte auch die relativ kurze zeitliche Dauer der experimentellen Laufzeit von 150 Tagen die fehlenden Effekte der zeitlichen Variabilität von Störungen erklären, da diese möglicherweise zu kurz war, um Unterschiede in der saisonalen Verfügbarkeit von Ausbreitungsstadien zu erfassen. Die Resultate dieser Arbeit werden von den Ergebnissen aller anderen Teilprojekte in Chile, Neuseeland und Australien auf einer globalen Skala unterstützt Um gesicherte Aussagen über die Effekte der zeitlichen Variabilität von Störungen treffen zu können, sollten zukünftige Studien in einer dem System angepassten zeitlichen Skala durchgeführt werden. Ein mit dieser Arbeit vergleichbarer experimenteller Ansatz erscheint zu diesem Zweck gut geeignet.

Description: Juvenile Pacific white shrimps, Litopenaeus vannamei, were exposed to different light rhythms (6 h dark, 6 h light; 12 h dark, 12 h light; 24 h light; and 24 h dark) over a period of 110 days in a re-circulation system to optimise moulting frequency in terms of growth efficiency and synchronization of individual moulting. No significant varieties occurred between the different light regimes. Neither moult frequency nor growth rate differed between different light treatments. The animals increased their total weight at about 0,9 g (± 0,01) per day on average. A synchronized moult rhythm could not be identified. Feeding experiments were conducted to compare growth efficiency by means of a commercially available aquafeed on the one hand and bacterial mud on the other, which deposited in the sediment tank of the re-circulation system and was found to be repeatedly ingested by the shrimps. Investigations on the nutrient content identified the mud as inappropriate for shrimp feeding. Protein content and therefore nutrition quality of the mud was extremely low, explaining the very poor growth rate of the mud fed Litopenaeus. Moult frequency was not affected by food quality. A third experiment was accomplished to determine the individual duration of the intermoult period and the weight gain per moult. The mean duration of the intermoult period lasted 12,6 days (± 2,85). The animals increased their weight at about 1,01 g (± 0,25) per moult in average. The duration of the intermoult period did not increase with increasing age of the shrimp, but rather varied all the time.

Description: In der vorliegenden Arbeit sollte die hydrothermal Mikrobengemeinschaft des Logatchev-Hydrothermalfeldes 91 beeinflusste (LHF) am Mittelatlantischen Rücken charakterisiert werden. Von verschiedenen Standorten des LHF wurden auf den Meteorausfahrten M60/3 (2004) und M64/2 (2005) Fluid-, Sediment-, Wasser- und Makrofaunaproben genommen und mittels kulturabhängiger und molekularbiologischer Methoden untersucht und verglichen. Aus Kultivierungsversuchen mit verschiedenen Medien wurden 14 Vertreter der Vibrionales sowie je ein Vertreter von Marinobacter und Bacillus isoliert. Bei einer näheren Charakterisierung der Vibrio-Isolate zeigte sich, dass diese ein Temperaturoptimum zwischen 20°C und 33 °C hatten, sowohl aerob als auch anaerob wachsen konnten, antimikrobielle Aktivitäten gegen E. coli, Bacillus subtilis und Staphylococcus lentus besaßen und starke Variationen ihrer Zellmorphologie aufwiesen. Eine temperaturabhängige Untersuchung der Zellmorphologien zeigte, dass nach dreitägiger Inkubation in TSB-Flüssigmedium unterhalb von 14 °C nur wenige, stäbchenförmige Zellen vorlagen. Zwischen 16°C und 33°C war dagegen das Medium stark getrübt und eine Vielzahl an schwärmenden Zellen vorhanden. Oberhalb von 40°C traten ausschließlich unbewegliche Makrokokken auf. Die molekularbiologischen Methoden beruhten auf Analysen der 16S rDNA von Bakterien und Archaeen. Mit Hilfe der Denaturierenden GradientenGelelektrophorese (DGGE) wurden verschiedene Sediment- und Fluidproben beider Ausfahrten untereinander verglichen und Diversitätsunterschiede zwischen den Proben gleicher Standorte der Jahre 2004 und 2005 beobachtet. Außerdem wurden Genbanken von einer diffusen Fluidprobe und von einer, mit einer Bakterienmatte bedeckten, Sedimentprobe erstellt. Als Referenz für die in der Wassersäule vorkommenden und nicht hydrothermal beeinflussten Bakterien, diente eine weitere Genbank aus der Wassersäule 100 km außerhalb des LHF. Die Klonsequenzen aus der diffusen Fluidprobe stellten ein an Gammaproteobakterien dominiertes Gemisch aus mikrobiellen Vertretern der Wassersäule und der unterliegenden Sedimentprobe dar. Die Sedimentprobe wies dagegen eine hohe Diversität aus hauptsächlich Epsilonproteobakterien, Deltaproteobakterien und einer Gruppe an Sequenzen ohne nähere Verwandtschaft zu bislang kultivierten Vertretern auf. Viele Klonsequenzen der Sedimentprobe waren verwandt zu Bakterien aus verschiedenen phylogenetischen Gruppen, die in den Schwefelmetabolismus involviert sind. Der Schwefelmetabolismus scheint daher eine zentrale Rolle in der Mikrobengemeinschaft des untersuchten Standortes einzunehmen.

Description: Obwohl Tintenfische im marinen Nahrungsnetz eine hohe trophische Position einnehmen und sie bereits seit vielen Jahren für wisschenschaftliche und wirtschaftliche Interessen gehalten werden, sind Untersuchungen an den kritischen juvenilen Phasen äußerst selten. Die vorliegende Arbeit untersuchte im ersten Teil wissenschaftlich erstmalig das Juvenilwachstum der tropischen Stumpfdornsepie Sepia bandensis unter kontrollierten Bedingungen in einer geschlossenen Tropenkreislaufanlage. Ein enorm hoher - allerdings vermutlich auf Selektion beim Einsammeln der Eier zurückzuführender - Schlupferfog (95,5%) wurde in den ersten Wochen nach dem Schlüpfendurch eine Wachstumsrate der Paralarven von 2,23% DML/Tag abgelöst. Während der 28 tägigen Versuchsphase fand allerdings nur noch ein mäßiges Wachstum mit durchschnittlich 1,12% DML/Tag statt. Anhaltend hohe Mortalitäten führten am 28. Versuchstag zum Abbruch der Haltung unter konstanten Bedingungen. Das älteste Tier wurde 100 Tage alt und hatte eine Dorsale Mantellänge von 23 mm (Totallänge: ca. 30 mm) erreicht. In einem Teilversuch wurden 45 Sepien bei 28°C unter sonst annähernd gleichen Bedingungen wie die Tiere im Hauptversuch bei 24°C gehalten. Sowohl in den Wachstumsraten, als auch bei den Überlebensraten blieben die bei 28°C gehaltenen Tiere deutlich hinter jenen der unter 24°C gehaltenen Sepien zurück. Hungernde Sepia bandensis wiesen oft eine dunkle Pigmentierung im Kopfbereich auf ("Hungerfleck"). Zwischen dem Augenabstand und der Dorsalen Mantellänge konnte eine gute Beziehung mit einem Bestimmtheitsmaß von r2 = 0,66 entdeckt werden...

Description: Der Ausgangspunkt dieser Arbeit war die Betrachtung, inwieweit sich das mesoskalige Atmosphärenmodell GESIMA zur Simulation von kleinskaligen Wolken eignet, wobei mit „kleinskalig" eine horizontale Auflösung von 200m oder weniger ins Auge gefasst war. Die Untersuchung der Arbeitsmodi des Modells führten zu der theoretischen Erkenntnis, dass der von GESIMA unterstützte zufallsgesteuerte Störmechanismus für die in dieser Arbeit benötigten Zeitschritte nicht mehr geeignet ist, da sich die Störung einem hochfrequenten Rauschen annähert, auf das die Atmosphäre nicht mehr angemessen reagieren kann. Erste Schritte zur Untersuchung des Modellverhaltens bei kleiner werdenden Zeitschritten führten zu der Entdeckung, dass GESIMA auf kleiner werdende Zeitschritte mit einer starken Zunahme des im System vorhandenen Wassers reagiert, trotz ansonsten gleichbleibender Eingangsparameter. Dies wurde auf numerische Ungenauigkeiten bei der modellinternen Umrechnung der Stördaten zurückgeführt und führte im weiteren Verlauf der Arbeit dazu, dass zum Zwecke der Vergleichbarkeit alle Simulationen mit einheitlichen Zeitschritten durchgeführt werden mussten. Die Untersuchung des Wasserhaushalts bei verschiedenen horizontalen Auflösungen ergab ebenfalls eine Abhängigkeit der verschiedenen Wasserphasen (Wolkenwasser, Wasserdampf, Regen) von den gewählten Dimensionen, jedoch war diese Abhängigkeit bei weitem nicht so stark wie im zeitlichen Falle. Die beobachteten Änderungen wurden auf eine verbesserte Simulation kleinskaliger Turbulenzereignisse bei kleineren Skalen zurückgeführt. Die anschließenden Untersuchungen verschiedener Wolkenereignisse unter wechselnden Eingangs- und Störbedingungen zeigten, dass GESIMA, trotz seiner Auslegung auf mesoskalige Simulation, durchaus in der Lage ist, realistische, kleinskalige Wolkenereignisse zu simulieren. Dies zeigte sich sowohl an der untersuchten Mikrophysik als auch an Stabilitätsuntersuchungen in der Simulationsatmosphäre. Eine Untersuchung des Lebenszyklus' der Wolken in einem Phasenraum aus Strahlungstemperatur und Reflektivität zeigte zwar keine unbedingt überzeugend zu nennenden Ergebnisse, enttäuschte aber auch nicht vollständig. Trotz der allgemein als positiv zu betrachtenden Ergebnislage gab es auch bis zum Ende der Arbeit ungelöste Probleme mit dem Modell. Zum einen neigt das Modell dazu, in durch den eigentlichen Störvorgang unbeeinflusst gebliebenen Bereichen Schwingungen aufzubauen, die sich nicht mit zu erwartenden atmosphärischen Phänomenen erklären lassen, sondern wohl vielmehr auf numerische Reflektionen und Übertragungen durch die Simulationsränder zurückzuführen sind. Dies kann sowohl zu unerwünschter Wolkenbildung führen als auch zu einem Simulationsabbruch durch zu starke Schwingungen. Auch in anderen Situationen kam es zu nicht geklärten „Hängern" des Modells, die nur durch den Abbruch der Simulation zu beheben waren. Hier lagen aber nach Durchsicht der bis zum Abbruch berechneten Daten keine Auffälligkeiten im Modellverhalten vor und es gab keine besonderen Schwingungen oder unrealistische Feuchtigkeits- oder Windwerte, die einen Abbruch erklären würden. Des Weiteren ist es nicht gelungen, den in GESIMA vorhandenen Störmodus für Temperatur zur Arbeit zu bewegen, was eine Untersuchung von Wolkenbildung durch direkt temperaturgesteuerte Konvektion (im Gegensatz zu Konvektion, die erst durch die bei Ausfall von Wasser entstehende Temperaturstörung ausgelöst wird) ermöglicht hätte. Eine weitere Untersuchung, warum dies nicht gelungen ist, wäre daher zu begrüßen. Weitere Untersuchungen sind auch zu den schon erwähnten modellinternen Schwingungen und Abbrüchen notwendig, um die Ursache dieser Fehler zu erkennen und gegebenenfalls beseitigen zu können. Ein grundlegendes Hindernis bei der Problembehebung in GESIMA ist in der Tatsache zu suchen, dass der Code, auf dem GESIMA beruht, schon etwas älter ist und von mehreren Benutzern mit unterschiedlichen Stilvorstellungen geändert wurde. Der Code selbst ist in der Programmiersprache FORTRAN verfasst, die ihrerseits schon etwas betagt ist und einige Einschränkungen mit sich bringt. Diese beiden Punkte führen dazu, dass der Code für Außenstehende und Personen, die sich in seine Funktionsweise einarbeiten wollen oder müssen, nur schwer verständlich ist, was das Nachvollziehen der Vorgänge zwischen den verschiedenen Modulen und die Implementation der Modellgleichungen sehr erschwert. Insgesamt ist die Dokumentation des Codes selbst und die Anleitung zur Benutzung des Modells eher schlecht. Abschließend ist jedoch zu sagen, dass GESIMA trotz seines Alters und seiner teilweise kryptischen Bedienung durchaus geeignet scheint, auch heute noch nützliche und verwertbare Ergebnisse zu liefern.

Description: Mittels MSSA wurden Bojendaten des TAO-Messnetzes im tropischen Pazifik für den Zeitraum 1990-2004 analysiert. Klimavariabilität könnte dabei auf drei unterschiedlich langen Zeitskalennachgewiesen werden. Identifiziert wurden der ENSO-Mode, der Jahregang und der Sub-ENSO-Mode, der durch Merkmale der beiden anderen Moden charakterisiert wird. Der ENSO-Mode und der Jahregang stimmen mit bisherigen Arbeiten überein. Aus den Analysen geht hervor, dass sich der Sub-ENSO-Mode innrehalb des untersuchten Zeitraumes stark in Periode und Amplitude geändert hat. Es zeigten sich aber auch Veränderungen der Propagationsrichtungendes zonalen Windes und der Meeresoberflächentemperatur. Für die Übergangsphasen des Sub-ENSO-Modes sind anders als beim ENSO-Mode oder Jahresgang im Ostpazifik zonale Meereströmungen verantwortlich. Im Westpazifik findet man hingegen eine Störung in der Thermokline während der Zwischenphase des Sub-ENSO-Zyklus.