Show simple item record

dc.contributor.advisorZingel, Priit
dc.contributor.authorKarus, Katrit
dc.date.accessioned2014-07-25T05:27:34Z
dc.date.available2014-07-25T05:27:34Z
dc.date.issued2014
dc.identifier.isbn978-9949-536-39-9
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10492/1861
dc.description.abstractIn general, it was thought that all primary production is channelled through a classical grazing food web from phytoplankton to zooplankton and finally to fish. However, last decades of studies have shown that this simple idea was inadequate and misleading because approximately half of algal production can bypass the traditional food web and directly channel through a microbial loop. This loop describes a trophic pathway in a food web, where phytoplankton-derived dissolved organic matter is absorbed by heterotrophic bacteria, their production is grazed by protozooplankton, and this “dissolved organic matter-bacteria-protozoa” loop is then coupled with a classical grazing food web by metazoan grazing on protozoans. Therefore, it follows that protozoans form a trophic nexus in microbial food webs. Despite that the importance of microbial loop in food webs in water bodies is still underestimated. Most food web studies have focused on classical grazing food webs, studying interactions from fish and macrophytes to zooplankton and phytoplankton. The cascading effects of fish on whole microbial communities have been studied only rarely, and studies considering the structuring role of macrophytes in whole microbial loop organisms seem to be missing. Therefore, the present thesis focuses mainly on some of the gaps in lake food web studies mentioned above – the structuring role of macrophytes, the top-down regulation of planktivorous fish and small-sized metazooplankton on microbial communities in shallow, eutrophic water bodies. The materials of the present thesis have been collected during the years 1997-2009 from three eutrophic, shallow and large water bodies, Lake Võrtsjärv and two Härjanurme fishfarm ponds, but the bulk of the data originates from Lake Võrtsjärv. The core of the thesis emphasizes planktonic ciliates, which have been considered the central link of a microbial loop. Furthermore, with increasing primary productivity, ciliates can become the most important members of the microbial loop in eutrophic lakes. This was also the case in our study because one of the main study lakes in the present thesis (Lake Võrtsjärv) is characterized by a rich and abundant community and a high ciliate contribution to the total zooplankton biomass. As dominating species play a significant role in the functioning of aquatic ecosystems we were interested in how these highly abundant ciliated protozoans are influenced by aquatic macrophytes, which are known for their key role in structuring aquatic communities. Earlier studies in Lake Võrtsjärv have shown the strong spatial polarization of macrovegetation in relation to lake abiotics in both the west-east and north-south directions. Our study demonstrated that the strong polarization of the lake’s vegetation was also reflected in the distribution patterns of planktonic ciliate community – diverse macrophyte stands increased the diversity of ciliates but decreased their total numbers. More specifically, diverse macrophyte stands supported a rich and abundant epiplanktonic ciliate community but decreased the diversity and abundance of euplanktonic ciliate taxa. The distribution pattern of benthic ciliates was similar to that of euplanktonic taxa, being most abundant in sites where the diversity of macrophytes was low. Despite the growing number of publications on the planktonic food web structure there is still a lack of studies that consider the direct and indirect consequences of planktivorous fish feeding on whole microbial loop communities. Our studies revealed that planktivorous fish had remarkable effects on the zooplankton community. In the presence of fish, small-sized metazooplankton dominated, while in the absence of fish large forms prevailed. The shift from a small to a large metazooplankton community cascaded to the protozoan level, which in turn was a crucial link in structuring the microbial food web. However, the influence of fish feeding on metazooplankters did not cascade down as we expected. Our study demonstrated that we must also know the species composition of meta- and protozooplankton: are predaceous species present or have some species developed defensive responses against predation? Only by knowing the species composition of both meta- and protozooplankton can we predict changes in food web dynamics. Moreover, we tried to identify the main food sources of planktivorous fish in the shallow eutrophic Lake Võrtsjärv, where the zooplankton community is dominated by ciliates. Although protozoa can form an important part of the planktonic communities in eutrophic lakes, very few studies have considered direct protist consumption by fish larvae. Most of the studies have considered metazooplankters as the main food source for planktivorous fish. However, our study revealed that ciliates contributed more than half of the total carbon biomass consumed by fish larvae, whereas the metazooplankton made only a minor contribution to the total carbon biomass consumed by fish in Lake Võrtsjärv. Therefore, ciliates are a crucial food source for fish larvae, and without them the daily food requirement for larval fish would not be met in Lake Võrtsjärv. Attention was also paid to the regulating role of the small-sized metazooplankton community on microbial loop organisms, e.g. how changes in metazooplankton community structure influence the community structure and abundance of planktonic ciliates in the large shallow Lake Võrtsjärv and whether the changes cascade down to the abundance of bacteria and phytoplankton. Our study showed that in the eutrophic Lake Võrtsjärv, which is characterized by relatively small metazooplankton, the metazoans did not control ciliate abundances directly. Ciliate abundances were predominantly regulated by their own community but metazoans can influence their community structure. However, the compositional shift in the ciliate community caused by metazoans did not cascade down to the level of bacteria and edible phytoplankton.EN
dc.description.abstractÜldiselt arvatakse, et kogu primaarproduktsioon liigub mööda klassikalist toitumisahelat fütoplanktonist zooplanktonini ja lõpuks kaladeni. Viimaste aastakümnete jooksul teostatud uuringud on aga näidanud, et taoline arusaam osutus vääraks ning eksitavaks, kuna umbkaudu pool vetikate produktsioonist võib klassikalisest toitumisahelast mööduda ning liikuda kõrgematele troofilistele tasemetele hoopiski mikroobse lingu vahendusel. Taoline ling kirjeldab seega üht võimalikku troofilist teekonda toitumisahelate võrgustikus, kus fütoplanktonilt pärit lahustunud orgaaniline aine omastatakse heterotroofsete veebakterite poolt, nemad on omakorda toiduks protozooplanktonile ja see „lahustunud orgaanilise aine – bakterid – protozooplankton“ ling seotakse seejärel uuesti klassikalise toitumisahelaga metazooplankterite toitumisel protozooplankteritest. Siit järeldub, et protozooplankterid moodustavad mikroobsetes toiduahelates troofilise keskme. Hoolimata sellest on mikroobse lingu tähtsust veekogude toitumisahelate uuringuis alahinnatud. Enamik toitumisahelate uuringuid keskenduvad klassikalisele toitumisahelale, uurides vastastikmõjusid kaladest ning suurtaimestikust kuni zoo- ja fütoplanktonini. Kalade mõju on kõigile mikroobsetele kooslustele vaid harva uuritud ning uuringuid, mis käsitlevad suurtaimestiku mõju kõigile mikroobse lingu lülidele, pole meie teada teostatud. Seega keskendub käesolev doktoritöö mõningatele ülalmainitud lünkadele toitumisahelauuringuis – veetaimestiku tähtsust elupaikade kujundajatena teistele organismirühmadele ning kalade ja väikesemõõtmeliste zooplankterite otsest ja kaudset survet mikroobsetele kooslustele madalates, eutroofsetes veekogudes. Käesoleva doktoritöö materjal on kogutud aastatel 1997-2009 kolmest eutroofsest, madalast ja suurest veekogust, Võrtsjärvest ja kahest Härjanurme kalakasvatuse tiigist, kuid peamine andmestik pärineb siiski Võrtsjärvest. Antud töös mängivad keskset rolli planktilised ripsloomad, kuna neid peetakse ühenduslüliks mikroobikoosluste ja klassikalise toiduahela erinevate tasemete vahel. Pealegi võib primaarproduktsiooni kasvades ripsloomade tähtsus veelgi kasvada ning nad võivad saada ühtedeks olulisemateks liikmeteks eutroofsete veekogude toiduahelais. Ka üht meie peamist uuringu järve (Võrtsjärv), mida on antud töös käsitletud, on iseloomustatud äärmiselt liigirikka ja arvuka ripslooma koosluse poolest ning kõrge ripsloomade panusega kogu zooplanktoni biomassi. Kuna domineerivad liigid mängivad veeökosüsteemide funktsioneerimises olulist rolli, siis huvitusime, kuidas veetaimestik koosluste kujundajana mõjutab äärmiselt arvukat ja liigirikast ripslooma kooslust. Varasemad uuringud on näidanud, et veetaimestik on oma levikult Võrtsjärves tugevalt polariseerunud nii ida-lääne kui põhja-lõuna suunas kulgevate abiootiliste näitajate gradientidest. Meie uuringutest selgus, et järve veetaimestiku polariseeritud levik peegeldus ka planktiliste ripslooma koosluste levikumustreis – taimestiku liigirohkus suurendas ripsloomade liigirikkust, kuid mõjus negatiivselt nende üldarvukusele. Liigirohke veetaimestikuga piirkonnad soodustasid liigirikka ning arvuka epiplanktilise ripsloomakoosluse arengut, kuid mõjusid pärssivalt euplanktiliste ripsloomade liigirikkusele ja arvukusele. Bentilised ripsloomad järgisid euplanktiliste ripsloomade levikumustreid olles arvukaimad piirkondades, kus veetaimestiku liigirikkus oli väike. Hoolimata sellest, et klassikalise toiduahela puhul on uuritud kalade mõju kogu planktilise toiduahela struktuurile ning taoliste publikatsioonide arv üha kasvab, pole mikroobse lingu puhul kalade otsest ja kaudset mõju kõigile mikroobikooslustele üldse hinnatud. Meie uuringud näitasid, et planktontoiduliste kalade toitumine avaldas tugevat mõju zooplanktoni koosluse struktuurile – kalade olemasolul domineerisid väikesemõõtmelised zooplankterid ning nende puudumisel suuremõõtmelised vormid. Zooplanktoni strukturaalses koosseisus aset leidnud nihe, suuremõõtmeliste zooplankterite koosluse asendumine väikesemõõtmeliste zooplankteritega, kutsus esile muutusi ka protozooplanktonis, kusjuures viimast peetakse omakorda oluliseks lüliks mikroobikoosluste kujundamisel. Hoolimata sellest, et kalade toitumissurve oli metazooplanktonile suur, ei avaldanud see protozooplanktoni kooslusele sellist mõju nagu me algselt eeldasime. Meie tulemused näitasid, et taoliste toiduahela uuringute läbiviimisel on väga oluline uurida mitte ainult meta- ja protozooplanktoni arvukust ja biomassi, vaid ka nende liigilist koosseisu – kas koosluses leidub röövtoidulisi liike või kas mõnedel liikidel on välja arenenud ärasöömist takistavad kaitsemehhanismid? Liigilisele koosseisule pilku heitmata on raske ette ennustada toiduahela dünaamikas asetleidvaid muutusi. Lisaks uuriti, mis on planktontoiduliste kalade peamiseks toiduallikaks madalas ja eutroofses Võrtsjärves, kus zooplanktonis domineerivad planktilised ripsloomad. Olgugi, et protozooplanktoni tähtsus eutroofsete järvede planktonikooslustes võib kasvada, puudub info suuresti selle kohta kas planktontoidulised kalad toituvad lisaks metazooplanktonile ka protozooplanktonist. Enamik toitumisuuringuid näitavad, et just metazooplankterid ja mitte protozooplankterid on kaladele peamiseks toiduallikaks. Siiski näitasid meie uuringud, et ripsloomad moodustasid Võrtsjärves rohkem kui poole kalavastsete toidus leiduvast süsiniku biomassist, kusjuures metazooplanktoni panus toiduks tarbitavasse süsiniku biomassi oli väike. Seega on ripsloomad oluliseks toiduallikaks planktontoidulistele kalavastsetele ja ilma neist toitumata jäävad nad Võrtsjärves nälga. Uuriti eraldi ka väikesemõõtmelise metazooplanktoni koosluse mõju mikroobsele lingule, täpsemalt seda, kuidas muutused metazooplanktoni koosluse struktuuris mõjutavad ripsloomade koosluse struktuuri ja arvukust suures ja madalas eutroofses Võrtsjärves ning kas muutused metazooplanktoni koosluses mõjutavad ka füto- ja bakterplanktoni arvukust? Meie tulemused näitasid, et hoolimata sellest, et eutroofsele Võrtsjärvele on iseloomulikud väikesemõõtmelised metazooplankterid, mis võiksid pärssida ripsloomade arengut, ei leitud, et metazooplankterid kontrolliksid Võrtsjärves nende arvukust. Ripsloomade arvukus sõltus eelkõige nende endi koosluse koosseisust, ning olenemata sellest, et metazooplankterid ei kontrollinud otseselt nende arvukust, suutsid nad oluliselt mõjutada nende koosluse struktuuri. Hoolimata sellest, et ripsloomade koosluse struktuuris leidsid aset suured muutused ei avaldanud see olulist mõju madalamatele tasemetele – bakteritele ja söödavatele fütoplankteritele.EST
dc.publisherEesti Maaülikoolest
dc.subjectjärvedEST
dc.subjectkalatiigidEST
dc.subjectkalad (zool.)EST
dc.subjectveetaimedEST
dc.subjectzooplanktonEST
dc.subjectfütoplanktonEST
dc.subjectmõjudEST
dc.subjectbioproduktiivsusEST
dc.subjecttoiduaheladEST
dc.subjectVõrtsjärvEST
dc.subjectHärjanurme (Jõgevamaa)EST
dc.subjectEestiEST
dc.subjectdissertatsioonidEST
dc.titleEffects of macrophytes, fish and metazooplankton on a microbial food weben_US
dc.title.alternativeVeetaimestiku, kalade ja metazooplanktoni mõju mikroobsele toiduahelaleen_US
dc.typeOtheren_US
dc.date.defensed2014-08-28
dc.type.qualificationnamePhD


Files in this item

Thumbnail

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record


DSpace software copyright © 2002-2015  DuraSpace
All items in EMU digital archive DSpace are protected by original copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.