The reconstruction of evolutionary patterns from daphnia resting egg banks

  • In this study I analysed past and recent Daphnia populations from Lake Constance and Greifensee. Herefore, I first established a set of microsatellite markers applicable to European Hyalodaphnia species (chapter 1). Primers were also identified for species specific fragment lengths. 32 markers were then available to characterize the resting egg banks of Daphnia galeata and D. hyalina. Chapter 2 presents the reconstruction of the taxonomic composition in these two ecologically different lakes. This part of my work shows that the eutrophication that occurred in both lakes in the mid of the last century has strongly influenced the Daphnia populations. In both lakes Daphnia galeata established and hybridized with the indigenous D. hyalina. Interspecific hybridization resulted in introgression on the mitochondrial and nuclear level. In chapter 3 resting eggs from the sediments of the 1960s, 1970s, 1980s, 1990s and 2000s were characterized with microsatellite markers. The aim was to specify the extent of interspecific hybridization and nuclear introgression assuming that the genetic exchange between both species has an impact on their adaptation to their habitat. In life history experiments D. galeata and D. galeata x hyalina clones hatched from different time periods showed significant differential responses to food quality. Therefore, the question had to be answered how the Daphnia resting egg bank and the planktonic population are connected. In chapter 4 hatching experiments were conducted to bridge this gap of scientific knowledge in the life cycle of cyclic parthenogenetic waterfleas. Only D. galeata individuals were able to establish a clonal lineage after maturity. All observed recombinant individuals did not reproduce at all or firstly went through another sexual phase of reproduction i.e. produced resting eggs. In order to compare the findings of chapter 4 with the taxon composition of the recent planktonic population of Daphnia in Lake Constance, samples were taken over one season (between May 2005 and September 2006). During the season, the taxonomic composition of Daphnia changes severely with D. galeata being most abundant during the warm season and D. hyalina in the cold season. Moreover, some individuals were detected, that did not follow this pattern. With mitochondrial analysis those individuals were identified as mitochondrial introgressants and processed to life history experiments. Significant differences in the somatic growth rate under different temperatures (5°C, 12.5°C and 20°C) were related to the origin of the mitochondrial genome rather than the nuclear taxonomic assignment of the individual. The findings of this study show that all organisms exposed to rapid ecological changes and their microevolutionary reaction to those.
  • Viele Seen in Europa waren in den letzten Jahrzehnten starken anthropogenen, ökologischen Veränderungen ausgesetzt, wobei die Einschleppung von Neobiota, Einbringung von Medikamenten-Rückständen und Chemikalien und die Eutrophierung dieser Habitate einen besonders gravierenden Einfluss auf deren natürliches Gleichgewicht haben. Die weit verbreitete Eutrophierung der Gewässer durch den Eintrag von phosphorhaltigen Waschmitteln und Düngemitteln wurde in den letzten Jahrzehnten durch Umweltschutzmaßnahmen und Kläranlagen grösstenteils annähernd rückgängig gemacht, um in diesen Habitaten einen ursprünglichen ökologischen Status wieder herzustellen. Für die Erforschung der durch Eutrophierung ausgelösten Prozesse wurden Arten aus der Familie Daphniidae (Untergattung Hyalodaphnia) zur Untersuchung ausgewählt. Während sich Daphnien unter optimalen Lebensbedingungen, wie sie im Frühjahr und Sommer herrschen, asexuell vermehren, werden zu anderen Zeiten nicht nur sexuelle Weibchen sondern auch Männchen gebildet. Im sexuellen Reproduktionszyklus bilden Daphnien Dauereier, die in eine cuticuläre Hülle eingebettet sind. Diese Ephippien sind resistent gegen Austrocknung, Frost und Druck und können so Zeiten überstehen, in denen das Überleben für ein adultes Tier nicht mehr möglich ist. Die Dauereier sind auch nach mehreren Jahrzehnten noch in der Lage, sich zu entwickeln und bilden in ihrer Gesamtheit im Sediment eine resting egg bank (Dauerstadienbank), in der das genetische Material der vergangenen Jahre konserviert vorliegt. In dieser Doktorarbeit werden die Prozesse innerhalb von Populationen mehrerer Hyalodaphnien-Arten rekonstruiert, die anthropogenen Einflüssen ausgesetzt waren. Im Bodensee (Deutschland, Schweiz und Österreich) und Greifensee (Schweiz) kommen die drei untersuchten Arten Daphnia galeata, D. hyalina und D. cucullata (nur in letzterem) vor, die, seit sie zusammen vorkommen, hybridisieren. Die Prozesse, die sich innerhalb dieser Populationen abgespielt haben, wurden anhand der Dauerstadienbanken dieser Arten rekonstruiert, teils durch direkte Anwendung von molekular-genetischen Methoden, teils durch Life-History-Versuche an Tieren, die aus Dauerstadien schlüpften und bis zu 40 Jahre alte Genotypen repräsentieren. Auf der einen Seite wurde besonderer Wert auf die Analyse der Auswirkungen der Eutrophierung und Reoligotrophierung dieser physikalisch unterschiedlichen Seen auf die Daphnia Populationen gelegt. Auf der anderen Seite wurde verfolgt, welchen evolutionären Effekt interspezifische Hybride und Introgression zwischen den Arten über die Zeit haben...

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Metadaten
Author:Nora Brede
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-342332
Publisher:Univ.-Bibliothek
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Bruno StreitGND, Jörg OehlmannORCiDGND, Jennifer A. Fox
Advisor:Klaus Schwenk
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2014/07/01
Year of first Publication:2008
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2008/12/12
Release Date:2014/07/01
Page Number:99
HeBIS-PPN:344365174
Institutes:Biowissenschaften / Biowissenschaften
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
Sammlungen:Universitätspublikationen
Sammlung Biologie / Biologische Hochschulschriften (Goethe-Universität)
Licence (German):License LogoDeutsches Urheberrecht