Michels, Jan (2003) Die Bedeutung von Morphologie und Stabilität der Mandibel-Gnathobasen für die Ernährungsweise antarktischer Copepodenarten. (Diploma thesis), Christian-Albrechts-Universität zu Kiel, Kiel, Germany, 136 pp.

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Abstract

Copepoden spielen im marinen Nahrungsnetz eine bedeutende ökologische Rolle. Bei der Nahrungsaufnahme ergreifen und zerkleinern sie die Nahrungspartikel mit den Gnathobasen ihrer Mandibeln. Die vorliegende Arbeit sollte die Bedeutung der Morphologie und der Stabilität dieser Mandibel-Gnathobasen für die Ernährungsweise antarktischer Copepodenarten klären. Dafür wurde die Morphologie der Mandibel-Gnathobasen von acht Copepodenarten aus dem Südpolarmeer detailliert untersucht. Es konnte ein Zusammenhang zwischen der Gnathobasen-Morphologie und der Ernährungsweise gezeigt werden. Calanus propinquus, Calanoides acutus und Ctenocalanus citer haben Gnathobasen mit relativ kurzen und sehr kompakten Zähnen. Sie fressen überwiegend Bacillariophyceen und können deren Silikatschalen mit ihren Mandibel-Gnathobasen durch gezielten Druck zerbrechen. Im Gegensatz dazu haben die Mandibel-Gnathobasen von Paraeuchaeta antarctica sehr lange spitze Zähne. Die Nahrung dieser Art setzt sich vorwiegend aus anderen Copepoden zusammen. Die bewegliche Beute kann durch Aufspießen mit den Gnathobasen festgehalten und anschließend zerkleinert werden. Paraeuchaeta antarctica hat im Vergleich zu den anderen untersuchten Copepodenarten besonders viele kleine Borsten an den Gnathobasen, die vermutlich mit Rezeptoren assoziiert sind und dem Orten der Beute dienen. Rhincalanus gigas und Metridia gerlachei ernähren sich sowohl von pflanzlichen als auch von tierischen Organismen. Sie besitzen eine Gnathobasen-Morphologie, die eine Übergangsform zwischen der von Paraeuchaeta antarctica und der von Calanus propinquus, Calanoides actutus und Ctenocalanus citer darstellt. Bei den Untersuchungen zeigte sich, daß Microcalanus pygmaeus überraschend lange und spitze Gnathobasen-Zähne besitzt und deshalb neben Phytoplankton mit großer Wahrscheinlichkeit auch tierische Organismen frißt. Auch für die Copepodenart Stephos longipes, in deren Magen-Darm-Trakt bisher ausschließlich Phytoplankton, vor allem Eisalgen, gefunden wurden, muß aufgrund der Gnathobasen-Morphologie angenommen werden, daß neben Phytoplankton auch tierische Organismen gefressen werden. Bei Fraßexperimenten mit Calanus propinquus und Metridia gerlachei während der „Polarstern"-Expedition ANT XIX/6 fraßen beide Arten die acillariophyceenart Fragilariopsis kerguelenis, die sehr stabile Silikatschalen besitzt. Untersuchungen der Kotballen zeigen, daß diese Silikatschalen von Metridia gerlachei im Vergleich zu Calanus propinquus beim Ingestieren nicht zerbrochen wurden. Dementsprechend konnte Metridia gerlachei wahrscheinlich die Fragilariopsis kerguelensis-Zellen nicht effektiv verwerten. Stabilitätsberechnungen an einem Finite-Elemente-Modell einer Mandibel-Gnathobase von Paraeuchaeta antarctica zeigen bei Simulationen theoretischer Belastungen der Gnathobase mit Fragilariopsis kerguelenis-Schalen, daß im ventralen Zahn theoretische Zugspannungen von bis zu 65 N mm-2 entstehen. Solche Werte liegen im für biologische Materialien kritischen Bereich und würden sehr wahrscheinlich zu Brüchen in den Zähnen der MandibelGnathobasen führen. Im kürzeren zweiten zentralen Zahn entstehen theoretische Zugspannungen, die deutlich niedriger sind. Es ist deshalb wahrscheinlich, daß Copepoden
mit Mandibel-Gnathobasen wie denen von Calanus propinquus sehr viel stabilere Strukturen zerbrechen können als mit Mandibel-Gnathobasen, die denen von Paraeuchaeta antarctica ähnlich sind. Die Gnathobasen-Zähne von Calanus propinquus, Calanoides acutus, Rhincalanus gigas, Ctenocalanus citer, Stephos longipes, Microcalanus pygmaeus und Paraeuchaeta antarctica bestehen aus einem anderen Material als die restlichen Teile der Gnathobasen. Dabei handelt es sich sehr wahrscheinlich um Silikat, dessen Einlagerung in die Gnathobasen-Zähne vermutlich deren Härte erhöht. Bei Metridia gerlachei scheint kein Silikat in die Gnathobasen-Zähne eingelagert zu sein. Es ist vorstellbar, daß die Mandibel-Gnathobasen mit ihren komplexen Strukturen zusammen mit den Nahrungsorganismen eine Koevolution durchlaufen haben und dementsprechend gut an die Ernährungsweise der jeweiligen Copepodenarten angepaßt sind.

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