Svenja Schälicke

• The earth’s ecosystems undergo considerable changes characterized by human-induced alterations of environmental factors. In order to develop conservation goals for vulnerable ecosystems, research on ecosystem functioning is required.. Therefore, it is crucial to explore organismal interactions, such as trophic interaction or competition, which are decisive for key processes in ecosystems. These interactions are determined by the performance responses of organisms to environmental changes, which in turn, are shaped by the organism’s functional traits. Exploring traits, their variation, and the environmental factors that act on them may provide insights on how ecological interactions affect populations, community structures and dynamics, and thus ecosystem functioning. In aquatic ecosystems, global warming intensifies phytoplankton blooms, which are more frequently dominated by cyanobacteria. As cyanobacteria are poor in polyunsaturated fatty acids (PUFA) and sterols, this compositional change alters the biochemical food qualityThe earth’s ecosystems undergo considerable changes characterized by human-induced alterations of environmental factors. In order to develop conservation goals for vulnerable ecosystems, research on ecosystem functioning is required.. Therefore, it is crucial to explore organismal interactions, such as trophic interaction or competition, which are decisive for key processes in ecosystems. These interactions are determined by the performance responses of organisms to environmental changes, which in turn, are shaped by the organism’s functional traits. Exploring traits, their variation, and the environmental factors that act on them may provide insights on how ecological interactions affect populations, community structures and dynamics, and thus ecosystem functioning. In aquatic ecosystems, global warming intensifies phytoplankton blooms, which are more frequently dominated by cyanobacteria. As cyanobacteria are poor in polyunsaturated fatty acids (PUFA) and sterols, this compositional change alters the biochemical food quality of phytoplankton for consumer species with potential effects on ecological interactions. Within this thesis, I studied the effects of biochemical food quality on consumer traits and performance responses at the phytoplankton-zooplankton interface using different strains of two closely related generalist rotifer species Brachionus calyciflorus and Brachionus fernandoi and three phytoplankton species that differ in their biochemical food quality, i.e. in their content and composition of PUFA and sterols. In a series of laboratory feeding experiments I found that biochemical food quality affected rotifer’s performance, i.e. fecundity, survival, and population growth, across a broad range of food quantities. Biochemical food quality constraints, which are often underestimated as influencing environmental factors, had strong impacts on performance responses. I further explored the potential of biochemical food quality in mediating consumer response variation between species and among strains of one species. Co-limitation by food quantity and biochemical food quality resulted in differences in performance responses, which were more pronounced within than between rotifer species. Furthermore, I demonstrated that the body PUFA compositions of rotifer species and strains were differently affected by the dietary PUFA supply, which indicates inter- and intraspecific differences in physiological traits, such as PUFA retention, allocation, and/or bioconversion capacity, within the genus Brachionus. This indicates that dietary PUFA are involved in shaping traits and performance responses of rotifers. This thesis reveals that biochemical food quality is an environmental factor with strong effects on individual traits and performance responses of consumers. Biochemical food quality constraints can further mediate trait and response variation among species or strains. Consequently, they carry the potential to shape ecological interactions and evolutionary processes with effects on community structures and dynamics. Trait-based approaches, which include food quality research, thus may provide further insights into the linkage between functional diversity and the maintenance of crucial ecosystem functions.…
• Die Ökosysteme der Erde sind einem ständigen Wandel unterworfen, der immer stärker durch anthropogen veränderte Umweltfaktoren geprägt ist. Um Schutzziele für gefährdete Ökosysteme verfolgen zu können, ist es erforderlich Ökosystemfunktionen zu verstehen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Interaktionen zwischen Organismen zu erforschen, wie z.B. trophische Interaktionen, die für Schlüsselprozesse in Ökosystemen entscheidend sind. Diese Interaktionen werden durch die Fitnessreaktionen der Organismen auf Umweltveränderungen bestimmt, die wiederum durch die funktionellen Merkmale des Organismus, den sogenannten Traits, geprägt werden. Das Erforschen von Traits, ihrer Variation und der auf sie einwirkenden Umweltfaktoren kann Erkenntnisse darüber liefern, wie sich ökologische Interaktionen auf Populationen, Gemeinschaftsstrukturen und -dynamiken und damit auf Ökosystemfunktionen auswirken können. In aquatischen Ökosystemen fördert der Klimawandel die Bildung von Phytoplanktonblüten, welche immer häufigerDie Ökosysteme der Erde sind einem ständigen Wandel unterworfen, der immer stärker durch anthropogen veränderte Umweltfaktoren geprägt ist. Um Schutzziele für gefährdete Ökosysteme verfolgen zu können, ist es erforderlich Ökosystemfunktionen zu verstehen. Daher ist es von entscheidender Bedeutung, die Interaktionen zwischen Organismen zu erforschen, wie z.B. trophische Interaktionen, die für Schlüsselprozesse in Ökosystemen entscheidend sind. Diese Interaktionen werden durch die Fitnessreaktionen der Organismen auf Umweltveränderungen bestimmt, die wiederum durch die funktionellen Merkmale des Organismus, den sogenannten Traits, geprägt werden. Das Erforschen von Traits, ihrer Variation und der auf sie einwirkenden Umweltfaktoren kann Erkenntnisse darüber liefern, wie sich ökologische Interaktionen auf Populationen, Gemeinschaftsstrukturen und -dynamiken und damit auf Ökosystemfunktionen auswirken können. In aquatischen Ökosystemen fördert der Klimawandel die Bildung von Phytoplanktonblüten, welche immer häufiger von Cyanobakterien dominiert werden. Da Cyanobakterien arm an mehrfach ungesättigten Fettsäuren (PUFA) und Sterolen sind, beeinflusst diese veränderte Zusammensetzung des Phytoplanktons die biochemische Nahrungsqualität für die Konsumenten mit potentiellen Auswirkungen auf ökologische Interaktionen. Im Rahmen meiner Doktorarbeit untersuchte ich Effekte der biochemischen Nahrungsqualität von Phytoplankton auf die Traits und Fitnessreaktionen von Zooplankton.. Als Modellorganismen dienten verschiedene Stämme von den zwei verwandten Rotatorienarten Brachionus calyciflorus und Brachionus fernandoi und drei Phytoplanktonarten, die sich in ihrer biochemischen Nahrungsqualität, d.h. in ihrer PUFA- und Sterolzusammensetzung, unterscheiden. In einer Reihe von Laborexperimenten konnte ich herausstellen, dass die biochemische Nahrungsqualität die Fitness der Rotatorien, d.h. ihre Fekundität, Überlebensraten und Populationswachstumsraten, über ein breites Spektrum von Nahrungsquantitäten hinweg beeinflusst. Die Limitierung durch biochemische Nahrungsqualität, die als Einflussfaktor oft unterschätzt wird, zeigte starke Effekte auf die Fitnessreaktionen. Darüber hinaus konnte ich zeigen, dass die Verfügbarkeit biochemischer Nährstoffe Fitnessvariationen zwischen Arten und zwischen Stämmen einer Art beeinflussen kann. Eine Co-Limitierung durch die Nahrungsquantität und die biochemische Nahrungsqualität führte zu Variationen in Fitnessreaktionen der Rotatorien, die innerhalb einer Art größer waren als zwischen den Arten. Ich konnte außerdem nachweisen, dass sich in Abhängigkeit von der Verfügbarkeit der PUFA in der Nahrung auch die PUFA-Zusammensetzung in den Rotatorien zwischen Arten und Stämmen unterscheiden. Dies weist auf inter- und intraspezifische Unterschiede in physiologischen Traits, wie z.B. der Retentions-, Allokations- oder Biokonversionskapazität von PUFA, innerhalb der Gattung Brachionus hin. In der Nahrung verfügbare PUFA stellen demnach wichtige Einflussfaktoren für Fitnessreaktionen von Rotatorien dar. Diese Doktorarbeit belegt, dass die biochemische Nahrungsqualität ein Umweltfaktor ist, der starke Auswirkungen auf Traits und Fitnessreaktionen von Konsumenten haben kann. Darüber hinaus kann die Verfügbarkeit von biochemischen Nährstoffen die Variation von Traits und Fitnessreaktionen zwischen Arten oder Stämmen vermitteln. Folglich hat die biochemische Nahrungsqualität das Potenzial, sowohl ökologische Interaktionen als auch evolutionäre Prozesse zu beeinflussen. Dies hat Auswirkungen auf Gemeinschaftsstrukturen und -dynamiken. Trait-basierte Forschungsansätze, die Nahrungsqualitätskomponenten berücksichtigen, können daher erweiterte Einblicke in den Zusammenhang zwischen funktioneller Diversität und der Aufrechterhaltung wichtiger Ökosystemfunktionen liefern.…