C- and N-fixation of coral reefs in response to environmental factors (CANCOR)
Final Report Abstract
Alle im Antrag vorgesehenen Expeditionen, Experimente, Probennahmen, und Analysen wurden ohne größere Probleme durchgeführt. Die Auswertung der Datensätze ist nun abgeschlossen. Wie vorgesehen gelang es, umfangreiche saisonale Datensätze zur Kohlenstoff- und Stickstofffixierung durch pelagische Planktongemeinschaften und eine Vielzahl von unterschiedlichen benthischen Rifforganismen bzw. Substraten zu generieren. Im Riffbenthos zeigten alle untersuchten Organismen C-Fixierungsaktivitäten und einen autotrophen Charakter, wobei die untersuchten Grünalgen und die Cyanobakterienmatten die höchsten und die Korallen die niedrigsten Netto-Primärproduktionsraten aufwiesen. N-Fixierungsaktivität konnte bei allen untersuchten Steinkorallen, Weichkorallen, sandigen Sedimenten, Hartsubstraten, Makroalgen, und Seegräsern nachgewiesen werden. Alle untersuchten Steinkorallen und Weichkorallen wiesen die höchsten N-Fixierungsraten im Sommer auf, wenn die anorganischen Nährstoffkonzentrationen am geringsten waren. Insofern scheint die N-Fixierung assoziiert mit verschiedenen Rifforganismen einen wesentlichen Beitrag zur Produktivität zu leisten, da die N-Limitierung gemildert wird. Die photoautotrophe C-Fixierung von endosymbiotischen Zooxanthellen wird sehr wahrscheinlich unterstützt durch N-Fixierung der assoziierten Mikroorganismen, insbesondere wenn anorganische Nährstoffkonzentrationen in der Umgebung gering sind. Unsere experimentellen Studien zeigten, dass erhöhte Wassertemperaturen artspezifisch Korallen-assoziierte N-Fixierung drastisch (bis zu 300 % im Vergleich zu den Kontrollen) erhöhen können. Dies kann eine entscheidende Rolle für die Widerstandsfähigkeit des Korallen-Holobionten, bestehend aus dem Nesseltier, seinen endosymbiotischen Algen, und seinen assoziierten Mikroorganismen, während Hitzestressereignissen spielen. Eine weitere experimentelle Studie deutet an, dass auch die Ozeanansäuerung N-Fixierung assoziiert mit Steinkorallen reduzieren kann, und dass N-Fixierung eng verknüpft ist mit der Korallenkalzifizierung. Die globalen Stressfaktoren Ozeanerwärmung und –ansäuerung könnten also zu einer Verringerung der N-Fixierung und damit auch zu einer Verringerung der Produktivität in Korallenriffen führen. Extrapoliert auf alle Korallenriffe weltweit, kann deren N-Fixierung 16 – 26 Millionen Tonnen N ausmachen – eine Zahl, die Korallenriffe in die benthischen Gemeinschaften einreiht, die am meisten N zum marinen N-Kreislauf beitragen. Das abgeschlossene Projekt konnte insofern zeigen, dass N-Fixierung ein weit verbreiteter Prozess in Korallenriffen ist. Nahezu alle untersuchten pelagischen und benthischen Organismen zeigten eine solche Aktivität, die einen wesentlichen Beitrag zum Funktionieren von oligotrophen Korallenriffökosystem leisten kann. Das Projekt betritt insofern in vielen Aspekten wissenschaftliches Neuland und deutet an, dass der bisher kaum untersuchte N-Kreislauf in Korallenriffen eine wichtige Rolle spielt - v.a. für die Produktivität als wichtiger Riffökosystemserviceleistung - dass dieser Prozess aber abhängig ist von einer Reihe von Umweltfaktoren. In Folgeuntersuchungen ist es nun wichtig, nicht nur den Prozess der N-Fixierung zu verstehen, sondern auch andere Prozesse innerhalb des N-Kreislaufes wie die Nitrifizierung und die Denitrifizierung, denn alle diese Prozesse im Zusammenspiel können sich regulativ auf das Funktionieren von Korallen-Holobionten und das Vorhandensein von N im Ökosystem Korallenriff auswirken.
Publications
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(2014) Benthic N2 fixation in coral reefs and the potential effects of human-induced environmental change. Ecology and Evolution 4(9): 1706-1727
Cardini U, Bednarz VN, Foster R, Wild C
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(2014) Ocean acidification rapidly decreases dinitrogen fixation associated with the hermatypic coral Seriatopora hystrix. Marine Ecology Progress Series 511: 297-302
Rädecker N, Meyer FW, Bednarz VN, Cardini U, Wild C
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(2015) Dinitrogen fixation and primary productivity by carbonate and silicate reef sand communities of the Northern Red Sea. Marine Ecology Progress Series
Bednarz VN, van Hoytema N, Cardini U, Naumann MS, Al-Rshaidat MMD, Wild C
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(2015) Nitrogen cycling in corals: the key to understand holobiont functioning? Trends in Microbiology
Rädecker N, Pogoreutz C, Voolstra CR, Wiedenmann J, Wild C
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(2015) Seasonal variation of N2 fixation and O2 fluxes associated with two dominant zooxanthellate soft corals from the Northern Red. Marine Ecology Progress Series 519: 141-152
Bednarz VN, Cardini U, van Hoytema N, Alrshaidat M, Wild C
