Authors:	Hidde, Dennis
Title:	Auswirkungen des Klimawandels auf die klein- und großräumige genetische Populationsstruktur von Makrozoobenthos in Rhein, Main und Mosel
Online publication date:	17-Jul-2008
Year of first publication:	2008
Language:	german
Abstract:	In den letzten Jahrzehnten wurde eine deutliche, anhaltende Veränderung des globalen Klimas beobachtet, die in Zukunft zu einer Erhöhung der durchschnittlichen Oberflächentemperatur, erhöhten Niederschlagsmengen und anderen gravierenden Umweltveränderungen führen wird (IPCC 2001). Der Klimawandel wird in Flüssen sowohl mehr Extremereignisse verursachen als auch das Abflussregime bisher schmelzwasserdominierter Flüsse zu grundwassergespeisten hin ändern; dies gilt insbesondere für den Rhein (MIDDELKOOP et al. 2001). Um die möglichen Auswirkungen dieser Veränderungen auf die genetische Populationsstruktur von Makrozoobenthosorganismen vorhersagen zu können, wurden in den grundwassergespeisten Flüssen Main und Mosel sowie im Rhein Entnahmestellen oberhalb und unterhalb von Staustufen beprobt, die durch kontrastierende Strömungsverhältnisse als Modell für die zu erwartenden Änderungen dienten. Als Untersuchungsobjekt wurden Dreissena polymorpha PALLAS 1771 sowie Dikerogammarus villosus SOWINSKI 1894 herangezogen. Sie zeichnen sich durch hohe Abundanzen aus, sind aber unterschiedlich u.a. hinsichtlich ihrer Besiedlungsstrategie und –historie. Bei beiden Spezies sind die phylogeographischen Hintergründe bekannt; daher wurde auch versucht, die Einwanderungsrouten in der Populationsstruktur nachzuweisen (phylogeographisches Szenario). Dies konkurrierte mit der möglichen Anpassung der Spezies an das Abflussregime des jeweiligen Flusses (Adaptations-Szenario). Die Populationen wurden molekulargenetisch mit Hilfe der AFLP-Methode („Amplified-Fragment Length Polymorphism“) untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass D. polymorpha deutlich durch die Abflussregimes der Flüsse (Schmelz- oder Grundwasserdominanz) beeinflusst wird. Die Allelfrequenzen in Populationen des Rheins sind von denen der beiden grundwassergespeisten Flüsse Main und Mosel deutlich unterscheidbar (Adaptations-Szenario). Jedoch ist kein Unterschied der genetischen Diversitäten zu beobachten; das ist auf die lange Adaptation an ihre jeweiligen Habitate durch die lange Besiedlungsdauer zurückzuführen. Dies ist auch der Grund, warum die Einwanderungsrouten anhand der Populationsstruktur nicht mehr nachzuweisen waren. Die kontrastierenden Strömungsverhältnisse um die Staustufen hatten ebenfalls keine konsistenten Auswirkungen auf die genetische Diversität der Populationen. Diese Ergebnisse zeigen eine hohe phänotypische Plastizität der Spezies und dadurch eine große Anpassungsfähigkeit an wechselnde Umweltbedingungen, die unter anderem für den großen Erfolg dieser Spezies verantwortlich ist. D. villosus wanderte erst vor Kurzem in das Untersuchungsgebiet ein; die Einwanderungsroute war anhand der genetischen Diversität nachvollziehbar (phylogeographisches Szenario); durch die kurze Besiedlungsdauer war eine Adaptation an die divergenten Abflussregime der Flüsse nicht zu erwarten und wurde auch nicht gefunden. Dagegen war ein deutlicher negativer Einfluss von starker Strömung auf die genetische Diversität nachweisbar. Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass die zukünftigen Auswirkungen des Klimawandels auf die Strömungsgeschwindigkeit negative Konsequenzen auf die genetische Diversität von D. villosus haben werden, während D. polymorpha hier keine Auswirkungen erkennen lässt. Die Auswirkungen des veränderten Abflussregimes im Rhein sind für D. villosus mit den vorliegenden Daten aufgrund der kurzen Besiedlungsdauer nicht vorhersagbar; D. polymorpha wird durch die Veränderung des Rheins zu einem grundwassergespeisten Fluss zwar einen Wandel in der genetischen Struktur erfahren, aber auch hier keine Einbußen in der genetischen Diversität erleiden. In the last decades, a distinct, ongoing change of the global climate has been observed. This change will lead to increased average surface temperatures, precipitation and other serious environmental changes (IPCC 2001). The climate change will cause more extreme events as well as a shift of flow regimes from snow-melt dominated to mainly ground-water influenced rivers, especially in the river Rhine (MIDDELKOOP et al. 2001). To be able to predict possible consequences of these changes for the genetic population structure of macrozoobenthos, we sampled populations in the groundwater-fed rivers Main and Moselle, and the snow-melt dominated river Rhine. The samples were taken above and below barrages with contrasting current speeds acting as models for the expected flow regime changes. We studied the species Dreissena polymorpha PALLAS 1771 and Dikerogammarus villosus SOWINSKI 1894. These species occur in high abundances but differ in their colonization history and dispersal strategy. In both species, the phylogeographic background is known, so we tried to verify the immigration routes with their genetic population structure (phylogeographic scenario). This scenario rivaled wih the possible adaption of the species to the flow regime of the respective river (adaption scenario). The populations were examined using the AFLP method („Amplified-Fragment Length Polymorphism“). The results show that the genetic structure of D .polymorpha is influenced by the flow regime (snow-melt or groundwater dominated). The allele frequencies of the populations in the Rhine are clearly distinguishable from the ones in the rivers Main and Moselle (adaption scenario). However, there is no significance difference in the genetic diversities, this is attributed to the prolonged adaptation to their local habitats due to the long colonization time. Because of this, it wasn’t possible to verify the immigration routes in the genetic population structure any more, too. The contrasting flow regimes at the barrages didn’t have a consistent influence on the genetic population structure. These results show the high phenotypic plasticity of this species and the resulting ability to adapt to changing environmental conditions, which is one key to the great success of this species. D. villosus invaded the examined aera just recently. It was possible to retrace the immigration route on the basis of the genetic diversity (phylogeographic scenario). It was unlikely that the species adaped to the divergent flow regimes in the inspected rivers due to the short time of colonization; as expected, no such adaptation was detectable. However, we found a clear negative influence of high current speeds on the genetic population diversity. The results indicate that the future effects of the climate change with respect to the flow regimes will have negative consequences on the genetic diversity of D. villosus , while we expect this to be without effect for D. polymorpha. Due to the short time of colonization, it isn’t possible to predict the effects of the changing flow regimes in the river Rhine on D. villosus based on the results of this work; however, the shift of the river rhine from a snow-melt dominated to a ground-water influenced river will have an influence on the genetic structure of D.polymorpha, but the genetic diversity will not decrease.
DDC:	570 Biowissenschaften 570 Life sciences
Institution:	Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department:	FB 10 Biologie
Place:	Mainz
ROR:	https://ror.org/023b0x485
DOI:	http://doi.org/10.25358/openscience-2594
URN:	urn:nbn:de:hebis:77-16591
Version:	Original work
Publication type:	Dissertation
License:	In Copyright
Information on rights of use:	https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
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