Die Auswirkungen von Druck auf die Schwimmphysiologie von Aalen

Projekt

 (c) Björn Illing

The swimming physiology of the European eel under regulable hyperbaric conditions (SPEER)

Seit in den 1980er Jahren das Glasaalaufkommen dramatisch eingebrochen ist, hat sich der Bestand des Europäischen Aals nicht erholt und gilt weiterhin als stark gefährdet. Sein komplexer Lebenszyklus birgt bis heute ungeklärte Fragen. Unter anderem ist der Einfluss von hydrostatischem Druck auf den Energiehaushalt des Aals bislang nur in Teilen untersucht. Genauere experimentelle Studien könnten Aufschlüsse über mögliche physiologische Veränderungen während der Laichwanderung in die Sargassosee erbringen.  Mit einem neuartigen Druckkammer-Schwimmtunnel-Respirometer können die Bedingungen während der frühen marinen Phase der Laichwanderung nunmehr am Thünen-Institut für Fischereiökologie simuliert und der Energieverbrauch der Fische untersucht werden.

Hintergrund und Zielsetzung

Während seiner ozeanischen Laichwanderung in die etwa 6000 km entfernte Sargassosee führt der Europäische Aal tägliche Vertikalwanderungen mit Amplituden von mehreren hundert Metern durch, welche bereits in den küstennahen Schelfbereichen beginnen. Dabei werden die Aale mit beträchtlichen Änderungen des hydrostatischen Drucks konfrontiert. Mit Änderungen von 0,1 MPa (1 bar) pro 10 m Wassertiefe ist dieser hinsichtlich seiner Variabilität mit anderen physikalisch-chemischen Parametern, wie Temperatur, Salinität, Sauerstoffgehalt oder Licht, durchaus vergleichbar.

Der Einfluss des hydrostatischen Drucks auf marine Lebewesen ist jedoch komplex und in vivo nur schwer von der Wirkung anderer Faktoren zu trennen. Das Thünen-Institut für Fischereiökologie hat daher in einem früheren Projekt („Anpassung und Weiterentwicklung von innovativen, nicht-invasiven Monitoringsystemen und Auswerteverfahren für die Fischereiforschung“ AutoMAt; WP4 „Wie wandern Blankaale zurück ins Meer“), gemeinsam mit dem Anlagenbau-Betrieb Kunststoff-Spranger GmbH aus Plauen, drei druckgesteuerte Strömungstunnel mit Respirometerfunktion entwickelt. Diese ermöglichen es erstmals, den Einfluss des hydrostatischen Drucks bei definierten Schwimmgeschwindigkeiten auf den Energiehaushalt von Aalen über einen längeren Zeitraum zu untersuchen.

In Kooperation mit der Universität Innsbruck arbeiten wir daran, den Einfluss von Druck auf den Metabolismus des Europäischen Aals während der Laichwanderung zu untersuchen und mögliche Auswirkungen von Umwelteinflüssen wie Parasiten und Schadstoffen auf die Schwimmfähigkeit besser zu verstehen. Darüber hinaus soll untersucht werden, inwieweit die Reifung der Gonaden den Energieverbrauch von Aalen während des Schwimmens beeinflusst.   

Vorgehensweise

Im Rahmen des Projektes SPEER werden umfangreiche Versuche zur Schwimmphysiologie des Europäischen Aals unter regelbaren Überdruckbedingungen durchgeführt. Die begleitenden Untersuchungen finden auf molekularer (RNAsequencing, Enzymaktivität), gewebespezifischer (Schwimmblase und Gonaden) und gesamtorganismischer Ebene (Respiration) statt. Geplant ist, die Aale unterschiedlichen Strömungsgeschwindigkeiten, Temperaturen und Drücken auszusetzen, die sich an den Bedingungen in der Natur orientieren.

Zudem sollen die Versuche mit Aalen durchgeführt werden, die in verschiedenen deutschen Flüssen aufgewachsen sind und daher ihre Laichwanderung mit besseren oder schlechteren Ausgangs­bedingungen etwa hinsichtlich Parasitenbefall und Schadstoffbelastung antreten. Diese Versuche sollen Aufschluss darüber geben, inwieweit schädliche Umwelteinflüsse die Wanderung beeinträchtigen und damit unter Umständen eine erfolgreiche Reproduktion verhindern.

Ergebnisse

In einer Reihe von Schwimmversuchen in einem Schwimmtunnel mit Respirometerfunktion haben wir die Auswirkungen unterschiedlicher Temperaturen und hydrostatischer Drücke auf den Sauerstoffverbrauch von Aalen untersucht. Um die Auswirkungen und Wechselwirkungen von Druck und Temperatur auf den Sauerstoffverbrauch zu quantifizieren, wurden die Aale während des Schwimmens drei unterschiedlichen Temperaturen (19°C, 15,5 °C und 12°C) und zwei Drücken (1 und 8 bar) ausgesetzt. Es wurde keine Wechselwirkung zwischen Temperatur und Druck detektiert, die Ergebnisse zeigten aber eine Zunahme des Sauerstoffverbrauchs bei höheren Temperaturen.

In einem zweiten Ansatz wurde ermittelt, ob der Energiebedarf weiblicher Aale durch eine fortschreitende Reifung der Gonaden beeinflusst wird. Zu diesem Zweck wurden den Tieren über einen Zeitraum von bis zu 136 Tagen Hormone injiziert, welche die Gametogenese induzierten und vorantrieben. Die vorläufigen Daten deuten einen leichten Anstieg des O2-Verbrauchs mit fortschreitender Reifung an, was auf einen erhöhten Energiebedarf durch den Gonadenaufbau hindeutet.

Unter der Leitung unserer Projektpartner von der Universität Innsbruck wurde die Wirkung von Dauerschwimmen unter erhöhtem hydrostatischem Druck auf die Schwimmblasenfunktion untersucht. Es wurden Transkriptions-Analysen in Gasdrüsenzellen durchgeführt und ein Effekt von Anguillicola crassus-Befall auf die Genexpression gezeigt.

Thünen-Ansprechpartner


Beteiligte Thünen-Partner


Beteiligte externe Thünen-Partner

  • Universität Innsbruck
    (Innsbruck, Österreich)

Geldgeber

  • Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG)
    (national, öffentlich)

Publikationen

Anzahl der Datensätze: 4

  1. Wysujack K, Marohn L, Lindemann C, Illing B, Freese M, Pohlmann J-D, Reiser S, Debes PV, Meskendahl L, Pelster B, Hanel R (2022) A novel hyperbaric swimming respirometer allows the simulation of varying swimming depths in fish respirometry studies. Comp Biochem Physiol A Mol Integr Physiol 264:111117, DOI:10.1016/j.cbpa.2021.111117
  2. Hanel R, Lindemann C, Freese M, Marohn L, Pohlmann J-D, Wysujack K (2022) Die Schwimm-Physiologie des Europäischen Aals unter regelbaren Überdruckbedingungen (SPEER). Bremerhaven: Thünen-Institut für Fischereiökologie, 1 p, Project Brief Thünen Inst 2022/01, DOI:10.3220/PB1641287451000
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  3. Hanel R, Lindemann C, Freese M, Marohn L, Pohlmann J-D, Wysujack K (2022) The swimming physiology of the European eel under regulable hyperbaric conditions (SPEER). Bremerhaven: Thünen Institute of Fisheries Ecology, 1 p, Project Brief Thünen Inst 2022/01a, DOI:10.3220/PB1641288045000
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  4. Schneebauer G, Lindemann C, Drechsel V, Marohn L, Wysujack K, Santidrian E, Dirks R, Hanel R, Pelster B (2020) Swimming under elevated hydrostatic pressure increases glycolytic activity in gas gland cells of the European eel. PLoS One 15(9):e0239627, DOI:10.1371/journal.pone.0239627
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