Salinity driven speciation through fine-scale morphological adaptations in the dinoflagellate species flock Peridinium aciculiferum/Scrippsiella hangoei

Dinoflagellaten sind allgegenwartige einzellige Eukaryoten, welche eine wichtige kologische Rolle in marinen und Suswasser-Okosystemen einnehmen (Logares et al., 2008). Sie besitzen eine Vielzahl an Lebensstrategien, als Symbionten, Parasiten, autotroph, heterotroph sowie mixotroph (Hackett et al., 2004). Dinoflagellaten haben eine gewaltige morphologische Diversitat und sind wichtige Primarproduzenten in marinen Okosystemen (Coelho et al., 2013). Es zeigte sich, dass der Dinoflagellaten-Arten-Flock bestehend aus den marin-brackischen Morphoarten Scrippsiella hangoei und Scrippsiella aff. hangoei und aus den Suswasser-Morphoarten Peridinium aciculiferum, Peridinium baicalense, Peridinium euryceps und Scrippsiella hangoei vom Baikal-See, sehr nah verwandt sind (Annenkova et al., 2015; Logares et al., 2008, 2007a, 2007b; Rengefors et al., 2008). Dieser Arten-Flock mit geringen genetischen Unterschieden ist charakterisiert durch relativ grose und deutliche morphologische Unterschieden und durch Unterschiede in der Toleranz von Salinitat (Annenkova et al., 2015). Alle Morphoarten kommen nur im Suswasser vor, auser S. hangoei, welche eine breite Salztoleranz (0-30) aufweist und auch in marin-brackischen Okosystemen vorkommt, wie in der Ostsee und im Polarmeer. Logares et al., 2008 haben angedeutet, dass Unterschiede in Salinitat die hauptsachlichen Treiber der Artbildung von P. aciculiferum und S. hangoei sind. Das erklart jedoch nicht warum S. hangoei im Suswasser Baikal-See vorkommt, jedoch in den schwedischen Seen nicht (Annenkova et al., 2015). In dieser Studie wurde die feinskalige Morphologie und Sinkgeschwindigkeit im Kaltwasser-Arten-Flock P. aciculiferum / S. hangoei untersucht. Weiters wurde die Suswasserart P. aciculiferum mit der marin-brackischen Art S. hangoei unter konstanten und fluktuierenden Lichtbedingungen konkurriert. Die Morphologie wurde insgesamt in drei unterschiedlichen Morphoarten untersucht, wozu 8 verschiedene Populationen ausgewahlt wurden und zwar P. aciculiferum vom Erken-See und Kopenhagen, S. hangoei vom Baikal-See, Golf von Finnland, Tvarminne (Ostsee) und S. aff. hangoei von den antarktischen Seen Abraxas und McNeil sowie P. baicalense vom Baikal-See. Von jeder Population auser von P. baicalense wurden 10 unialgale Stamme kultiviert und zur Messung der Morphologie, Wachstumsrate und Zelldichte in regelmasigen Abstanden beprobt. Die Lebendproben wurden ohne Fixierung und sofort nach Beprobung mittels Fluid Imaging Technology (FlowCAM®) 37analysiert. Zur Messung der Sinkgeschwindigkeit und fur das Konkurrenz-Experiment wurden 10 unialgale Stamme von P. aciculiferum vom Erken-See und S. hangoei von Tvarminne ausgewahlt und mit Salinitat von 0 kultiviert. Die Messungen der Sinkgeschwindigkeit und Zelldichte wurden wiederum mit der FlowCAM® Methode durchgefuhrt. Das Morphologie-Experiment wurde durchgefuhrt, um morphologische Unterschiede zwischen und innerhalb der Morphoarten und zwischen Suswasser- und marin-brackischen Arten zu messen. Ziel war es, herauszufinden, ob die Suswasser-Arten eine Morphologie besitzen, welche die Sinkgeschwindigkeit reduziert und ob hingegen die marin-brackischen Arten eine kugelformige Morphologie aufweisen, welche das Absinken fordert. Weiters wurde angenommen, dass die Art, welche an vertikale Durchmischung angepasst ist, unter fluktuierenden Lichtbedingungen dominieren wird, hingegen unter konstanten Lichtbedingungen jene Art, welche an horizontale Bewegungen angepasst ist, dominieren wird. Die Ergebnisse haben gezeigt, dass die Morphologie der marin-brackischen Art signifikant kugelformiger ist als die der Suswasser-Arten, mit einer dementsprechenden Kreis-Annaherung (circle fit) von 0.87 zu 0.77. Die Morphoart P. aciculiferum war signifikant groser und gestreckter als die Morphoart S. hangoei. Die Messungen der Sinkgeschwindigkeit zeigten signigikante Unterschiede innerhalb der Art, jedoch nicht zwischen den Arten. Es wurde allerdings eine stark negative Korrelation zwischen Sinkgeschwindigkeit und Oberflachen-Volums-Verhaltnis und eine stark positive Korrelation zwischen Sinkgeschwindigkeit und Durchmesser festgestellt. Unter Konkurrenz zeigte S. hangoei etwas besseres Wachstum als P. aciculiferum, bei beiden Lichtbedingungen. S. hangoei erreichte 67 Prozent (unter fluktuierendem Licht) bzw. 55 Prozent (unter konstantem Zicht) der gesamten Zellzahl. Das bedeutet, dass P. aciculiferum keinen Vorteil bei konstantem Licht besitzt und dass Konkurrenz um Licht als Grund ausgeschlossen werden kann, weswegen S. hangoei nicht in schwedischen Seen vorkommt. Abschliesend kann angenommen werden, dass die Dichteunterschiede keinen starken Selektionsdruck auf die Morphologie zur Reduzierung der Sinkgeschwindigkeit, ausuben. Das kann durch die Tatsache erklart werden, dass dies schwimmende Arten sind und dadurch sind sie in der Lage, das Absinken zu kompensieren.