ALBERT

Description: The effect of pCO2 on carbon acquisition and intracellular assimilation was investigated in the three bloom-forming diatom species, Eucampia zodiacus (Ehrenberg), Skeletonema costatum (Greville) Cleve, Thalassionema nitzschioides (Grunow) Mereschkowsky and the non-bloom-forming Thalassiosira pseudonana (Hust.) Hasle and Heimdal. In vivo activities of carbonic anhydrase (CA), photosynthetic O2 evolution, CO2 and HCO3? uptake rates were measured by membrane-inlet mass spectrometry (MIMS) in cells acclimated to pCO2 levels of 370 and 800 ?atm. To investigate whether the cells operate a C4-like pathway, activities of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase (RubisCO) and phosphoenolpyruvate carboxylase (PEPC) were measured at the mentioned pCO2 levels and a lower pCO2 level of 50 ?atm. In the bloom-forming species, extracellular CA activities strongly increased with decreasing CO2 supply while constantly low activities were obtained for T. pseudonana. Half-saturation concentrations (K1/2) for photosynthetic O2 evolution decreased with decreasing CO2 supply in the two bloom-forming species S. costatum and T. nitzschioides, but not in T. pseudonana and E. zodiacus. With the exception of S. costatum, maximum rates (Vmax) of photosynthesis remained constant in all investigated diatom species. Independent of the pCO2 level, PEPC activities were significantly lower than those for RubisCO, averaging generally less than 3%. All examined diatom species operate highly efficient CCMs under ambient and high pCO2, but differ strongly in the degree of regulation of individual components of the CCM such as Ci uptake kinetics and extracellular CA activities. The present data do not suggest C4 metabolism in the investigated species.

Description: We investigated carbon acquisition by the N2-fixing cyanobacterium Trichodesmium IMS101 in response to CO2 levels of 15.1, 37.5, and 101.3 Pa (equivalent to 150, 370, and 1000 ppm). In these acclimations, growth rates as well as cellular C and N contents were measured. In vivo activities of carbonic anhydrase (CA), photosynthetic O2 evolution, and CO2 and HCO3- fluxes were measured using membrane inlet mass spectrometry and the 14C disequilibrium technique. While no differences in growth rates were observed, elevated CO2 levels caused higher C and N quotas and stimulated photosynthesis and N2 fixation. Minimal extracellular CA (eCA) activity was observed, indicating a minor role in carbon acquisition. Rates of CO2 uptake were small relative to total inorganic carbon (Ci) fixation, whereas HCO{3 contributed more than 90% and varied only slightly over the light period and between CO2 treatments. The low eCA activity and preference for HCO3- were verified by the 14C disequilibrium technique. Regarding apparent affinities, half-saturation concentrations (K1/2) for photosynthetic O2 evolution and HCO3- uptake changed markedly over the day and with CO2 concentration. Leakage (CO2 efflux : Ci uptake) showed pronounced diurnal changes. Our findings do not support a direct CO2 effect on the carboxylation efficiency of ribulose-1,5-bisphosphate carboxylase/oxygenase (RubisCO) but point to a shift in resource allocation among photosynthesis, carbon acquisition, and N2 fixation under elevated CO2 levels. The observed increase in photosynthesis and N2fixation could have potential biogeochemical implications, as it may stimulate productivity in N-limited oligotrophic regions and thus provide a negative feedback in rising atmospheric CO2 levels.

Description: This study presents new insights on variations in the coccolithophore Coccolithus pelagicus due to a rising C02 concentration, caused by anthropogenic emissions. Since coccolithophores are the dominant group of pelagic calicifiers, variations in calcification and photosynthesis will have direct consequences for the global carbon cycle and hence atmospheric CO2. The research was conducted as a batch culture experiment in which C. pelagicus was grown under light and nutrient replete conditions at five different CO2 concentrations (10, 20, 30, 40 and 50μmol/kg). In previous experiments with the coccolithophores Emiliania huxleyi and Gephyrocapsa oceanica acidification due to the rising CO2 concentrations could show no effect on the growth rate, but calcification was significantly reduced while photosynthesis was promoted. This study could show same effects. There is no trend in growth rates and the transport efficiency of photosystem II (Fv/Fm) was not affected by CO2 concentrations up to 40 μmol/kg. However, at higher CO2 concentrations the efficiency decreased. Nevertheless, this reduction seems not to have influenced photosynthesis nor growth rates. The production of organic carbon significantly increased from the lowest to the highest C02 concentration, what leads to a rise of the organic carbon content by 50%. This is probably caused by a decrease in the passive loss of CO2 and an increase in the transport capacity of CO2 and HCO3-. The inorganic carbon on the other hand significantly decreased with rising CO2. There are not yet any explanations or presumptions for a reason but it is certified by studies on other coccolithophores. Finally, it can be stated that that a decrease in calcification and an increase in photosynthesis in Coccolithus pelagicus could have a negative feedback on the future atmospheric CO2. However, this potential negative feedback by C. pelagicus would not be as pronounced as it can be assumed for E. huxleyi and G. oceanica.

Description: In dieser Arbeit wurden die Auswirkung von öl- und methanhaltigen Sedimenten des nördlichen Golf von Mexiko auf die Abundanz, Biomasse und taxonomische Zusammensetzung der Meiobenthosgesellschaft untersucht. Es wurden 4 Referenzsedimente und 8 öl- und methanhaltige Sedimentproben aus einer Wassertiefe von 550 m bearbeitet. Letztere zeichnen sich durch eine chemotrophe Produktion organischen Materials aus. An Hand von Kohlenstoffisotopenmessungen wurde untersucht, ob das Meiobenthos den an den öl- und methanhaltigen Standorten vorhandenen autochthon produzierten Kohlenstoff als Nahrungsquelle nutzt. Die Gesamtabundanzen und -biomassen waren an den „seep" -beeinflussten Habitaten deutlich erhöht. Die maximale Gesamtabundanz lag mit 1464 Individuen pro l0 cm2 um das 12-fache höher im Vergleich zu der durchschnittlichen Gesamtabundanz der Referenzstationen. Die maximale Biomasse aller meiobenthischen Organismen betrug an einer öl- und methanhaltigen Station 439 μg Kohlenstoff pro l0 cm2 und überstieg somit die durchschnittliche Gesamtbiomasse der Referenzstationen von 61 μg Kohlenstoff pro l0 cm2 um das 7,2-fache. Die am häufigsten gefundenen Taxa waren die Nematoda, mit einem Anteil von über 88% und die Copepoda mit einem durchschnittlichen Anteil von 9% an der Gesamtmeiofauna. Die meiobenthischen Organismen zeigten eine maximale Verteilung der Abundanz und Biomasse im obersten Sedimenthorizont von 0 bis l cm Tiefe. Die individuelle Nematodenbiomasse wies an allen Stationen ein Maximum in den untersten Sedimenthorizonten auf, was auf eine Änderung der Artenzusammensetzung schließen lässt. Die Kohlenstoffisotopenverhältnisse von Nematoden der öl- und methanbeeinflussten Stationen wiesen mit -25,4 und -33,4‰ deutlich leichterer Signale im Vergleich zu den Referenzstationen auf. Die δ13 C-Werte der Nematoden an den Referenzstationen lagen zwischen -18 und -25‰ zeigten eine gute Übereinstimmung mit den δ13C-Werten von phytoplanktischem Material. An den „seep"-beeinflussten Stationen im nördlichen Golf von Mexiko deuten sowohl die Abundanzen und Biomassen aller meiobenthischer Organismen als auch die Kohlenstoffisotopenverhältnisse der Nematoden auf die Nutzung des autochthon produzierten organischen Materials hin.

Description: Die Ergebnisse der Versuche deuten auf z. T. gravierende Auswirkungen auf das Chemorezeptionsvermogen und die hiermit assoziierten Verhaltensweisen der Nahrungssuche und Pradatorenvermeidung nach einer Belastung mit EKWs in umweltrelevanten Konzentrationen bei juvenilen Taschenkrebsen und Hummern hin. Bei den Hummem waren die festgestellten Auswirkungen schwerwiegender und bestätigten die bereits von WALTER (2005) erarbeiteten Ergebnisse. Die Versuche mit den belasteten Versuchstieren ergaben eindeutige Beeinträchtigungen bei der Wahrnehmung von Nahrungsreizen. Besonders drastisch zeigte sich dieser Effekt bei den Hummern, die einer chronischen Belastung mit EKW s einer Konzentration von 1,8 bis 2,9 μg/1 ausgesetzt wurden; hier lag die Reizschwelle für die Wahrnehmung eines Nahrungsreizes bereits um den Faktor 1.000 höher als bei den Tieren der Kontrollgruppe. Die Konsequenzen einer solchen Beeinträchtigung in der Chemorezeption waren für die juvenilen Hummer im Freiland beträchtlich. Als standorttreue Tiere, die darauf angewiesen sind, Nahrungsquellen in der Umgebung ihres Unterschlupfes ausmachen zu können, würde eine derartige Erhöhung der Wahrnehmungsschwelle von Nahrungsreizen einen drastisch verringerten Aktionsradius bei der Nahrungssuche bedeuten. Hieraus können sich verringerte Wachstumsraten und eine reduzierte Fitness ergeben und die Konkurrenzfähigkeit der Tiere gegenüber anderen Arten mit vergleichbaren Lebenswiesen wäre herabgesetzt...