48

Kapitel 4. Fettsäurenzusammensetzung von Daphnien und ihrer Nahrung

4.1 Einleitung

Ein wichtiges Anliegen der Ökologie ist es, den Transfer von Energie und Stoffen und die Effektivität dieses Transfers zwischen trophischen Niveaus zu beschreiben. Die Beantwortung der Frage welcher Nahrungsquelle(n) sich ein Konsument bedient, stellt in diesem Zusammenhang oft ein großes Problem dar (z. B. Begon et al. 1998). Die Untersuchung von Mageninhalten ist ein häufig genutztes Instrument, stößt aber dann an Grenzen, wenn sich die Konsumenten auch von sehr fragilen Organismen ernähren oder ihre Nahrung so zerkleinern, dass anhand der Fragmente nicht mehr nachvollziehbar ist, wovon sie stammen. Eine weitere Methode ist die Verwendung sogenannter Marker. Diese Stoffe können in einem Konsumenten nachgewiesen werden und lassen dadurch Rückschlüsse auf die von ihm aufgenommene Nahrung zu. Stabile Isotope und Fettsäuren können beispielsweise als solche Markersubstanzen dienen (Napolitano 1999; Grey et al. 2000; Pinnegar & Polunin 2000; Sauriau & Kang 2000). Fettsäuren stellen in limnischen Ökosystemen auf sämtlichen trophischen Niveaus einen der wichtigsten Energieträger dar. Die Verwendung von Fettsäuren als Biomarker liefert deshalb direkte Informationen über den Energietransfer innerhalb einer Nahrungskette.

In marinen Systemen finden Fettsäuren als Biomarker zur Klärung trophischer Beziehungen häufig Anwendung (z. B. Grahl-Nielsen & Barnung 1985; Iverson et al. 1997; Kirsch et al. 1998; Cripps & Atkinson 2000). Dabei werden zur Interpretation der komplexen Daten in vielen Fällen multivariate statistische Verfahren eingesetzt (z. B. Grahl-Nielsen & Mjaavatten 1991; Smith et al. 1997). Fettsäuren werden dagegen in limnischen Systemen selten als Biomarker benutzt (Desvilettes et al. 1994a, 1997b; Goedkoop et al. 2000).

Um Fettsäuren als Biomarker zur Klärung trophischer Beziehungen von Daphnien einzusetzen, muss festgestellt werden, ob sich Fettsäuren in diesem Zusammenhang überhaupt als Biomarker eignen. Notwendige Voraussetzung für die Verwendung von Fettsäuren als Biomarker ist, dass die möglichen unterschiedlichen Nahrungsbestandteile durch unterschiedliche Fettsäuremuster charakterisiert werden können. Dazu gehört aber auch, dass Daphnien das Fettsäuremuster ihrer Nahrung annehmen und keine oder nur vorhersagbare Veränderungen daran vornehmen. Da jedoch Daphnien als relativ unselektive Partikelfiltrierer bekannt sind (Lampert 1987), stellt sich die Frage, ob die Fettsäurezusammensetzung der fressbaren Partikelfraktion (< 30 µm) die Fettsäurezusammensetzung der Daphnien bestimmt.

Daphnien sind zwar in der Lage Fettsäuren de novo zu synthetisieren, machen von dieser Fähigkeit aber kaum Gebrauch. Goulden & Place (1990) fanden, dass nur 2 % der gefundenen Fettsäurenmenge von Daphnia pulex und D. magna selbst synthetisiert und die rest

49

Daphnien sind in der Lage ¹⁴C radioaktiv markiertes Acetat, ein Grundbaustein der Fettsäuresynthese, in sämtliche körpereigenen Fettsäuren einzubauen (Farkas et al. 1981; Weers et al. 1997). Jedoch fand sich mehr als 90 % der gemessenen Radioaktivität in gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren (Weers et al. 1997). Da diese beiden Arbeiten Unklarheit darüber lassen, an welcher Position in der Kohlenstoffkette sich die ¹⁴C-Atome befinden, kann nicht davon ausgegangen werden, dass Daphnien poly-ungesättigte Fettsäuren de novo synthetisieren können (Weers et al. 1997). Selbst die Zugabe ¹⁴C-markierter Linolsäure (18:26) und -Linolensäure (18:33) führten, wenn überhaupt, nur zu einer sehr geringen Synthese von längerkettigen oder höher ungesättigten 6- bzw. 3-Fettsäuren, so dass auch die Konversion hochungesättigter Fettsäuren aus Vorstufen höchstens in sehr geringem Umfang stattfindet (Weers et al. 1997). Neben der Synthese ist auch die Retrokonversion eine Möglichkeit, Fettsäuren in andere Fettsäuren umzuwandeln. So wurde die Retrokonversion von Docosahexaensäure (DHA; 22:63) in Eicosapentaensäure (EPA; 20:53) für verschiedene Crustaceenarten bereits nachgewiesen (z. B. Merican & Shim 1996; Navarro et al.1999; Von Elert eingereicht).

Im folgenden werden die Fähigkeiten eines Klons von Daphnia hyalina aus dem Großen Vätersee (GV) zur Fettsäurensynthese und zur Konversion bzw. Retrokonversion von Fettsäuren betrachtet. Außerdem wurde untersucht, in wie weit die Fettsäurezusammensetzung der Daphnien von der Fettsäurezusammensetzung ihrer Nahrung beeinflusst wird. Hierzu wurden neben Daten aus Laboruntersuchungen die Daten der Fettsäuremuster von Seston und den sich davon ernährenden Daphnien aus der Tsp. Bautzen und dem GV heran gezogen. Die Fettsäurezusammensetzung von Seston und Daphnien wurde mittels Hauptkomponentenanalysen miteinander verglichen.

4.2 Ergebnisse

Die Futteralgen unterscheiden sich in ihrem Fettsäuremuster wesentlich voneinander, insbesondere im Hinblick auf bestimmte poly-ungesättigte Fettsäuren (Tab. 6). In Aphanothece sp. ist Linolsäure (18:26) die einzige Fettsäure mit mehr als einer Doppelbindung. In Choricystis minor sind zusätzlich C-16-polyen-Säuren und -Linolensäure (18:33) vorhanden. In Mychonastes sp. kommt 18:43 hinzu. Bis auf Linolsäure fehlen in Nannochloropsis limnetica die C-18-polyen-Säuren, stattdessen verfügt diese Alge über hohe Anteile an EPA und Arachidonsäure.

50

Tab. 6: Fettsäuremuster von Daphnia hyalina und der von ihr jeweils konsumierrten Nahrung. Fettsäuren als Prozent der Summe aller Fettsäuren; DHA: Docosahexaensäure; unident. 1 - 3: nicht identifizierte Fettsäuren 1 - 3.

	Aphanothece sp.		Choricystis minor		Mychonastes sp.		Nannochloropsis limnetica		C. minor + DHA
	Nahrung	Daphnien	Nahrung	Daphnien	Nahrung	Daphnien	Nahrung	Daphnien	Nahrung	Daphnien
14:0	21,17	4,89	2,33	1,51	2,24	2,09	7,84	4,58	3,41	2,54
14:15	1,10	0,90	0,65	-	0,42	-	0,49	0,18	0,31	-
15:0	0,55	2,25	0,71	2,47	0,32	1,98	0,91	1,20	1,12	2,89
16:0	20,98	44,12	15,05	21,50	18,50	25,81	20,35	27,43	21,16	23,12
16:19	-	-	1,26	2,41	1,68	3,76	-	-	2,88	3,91
16:17	52,00	31,14	1,57	1,37	2,50	1,74	30,41	25,62	0,79	2,03
16:15	-	-	-	-	0,34	-	-	-	2,33	-
unident. 1	-	-	9,83	6,22	1,36	1,92	-	-	8,79	7,54
16:24	-	-	0,44	-	0,20	0,88	0,52	0,51	-	-
unident. 2	-	-	13,62	10,56	2,20	2,82	-	-	12,61	7,77
unident. 3	-	-	-	-	21,90	9,78	-	-	-	-
17:0	0,33	-	-	1,04	-	-	0,37	0,62	-	-
18:0	1,22	5,04	0,47	2,41	0,83	2,90	0,72	2,88	1,48	3,11
18:19	0,84	4,64	2,06	5,17	5,44	6,68	5,41	5,18	3,90	6,16
18:17	1,04	4,00	0,92	1,18	1,84	1,55	0,54	2,29	0,65	1,84
18:26	0,77	1,30	33,03	26,20	6,99	10,28	3,23	4,93	21,82	22,27
18:36	-	0,81	-	-	0,33	0,60	0,27	0,57	-	-
18:33	-	-	18,06	17,77	27,73	24,71	-	0,24	12,10	10,49

51

In den Daphnien der Tsp. Bautzen konnten die gleichen Fettsäuren nachgewiesen werden wie im Seston des gleichen Jahres (Tab. 7). Im GV konnten ähnlich wie bei den Fettsäureanalysen des Sestons in allen der 26 Daphnienproben 30 von 35 Fettsäuren nachgewiesen werden (Tab. 8). Palmitinsäure (16:0) hatte im GV stets den größten Anteil an der Gesamtfettsäurenmenge. In Daphnien der Tsp. Bautzen war zeitweise die Palmitolensäure häufiger als die Palmitinsäure. Die Fettsäuren mit den größten Mengenanteile waren für Daphnien und Seston identisch. Die Variabilität dieser Fettsäuren als Anteil am Gesamtfettsäuremuster war in den Daphnien geringer als im Seston. Manche Fettsäuren waren in den Daphnien stärker präsent als im Seston. Das waren vor allem EPA und Arachidonsäure (20:46). Aber auch Ölsäure und Vaccinsäure waren in den Daphnien stärker vertreten. Umgekehrt waren Myristinsäure (14:0) und besonders DHA in den Daphnien weniger präsent

52

Die Daten der ausgewählten Fettsäuren eignen sich sowohl im Falle der Tsp. Bautzen als auch des GV für eine PCA. Das war das Ergebnis der Berechnung des Maßes der Stichprobenneigung nach KAISER-MEYER-OLKIN(Tsp. Bautzen: KMO = 0,756; GV: KMO = 0,748) und des Tests auf Sphaerizität nach BARTLETT, der keine Signifikanz ergab.

Tab. 7: Prozentanteile (Minima - Maxima) einzelner Fettsäuren vonn der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien der Tsp. Bautzen (5.5.1997 - 31.7.1997).

Fettsäuren	Seston			Daphnien
	n=26			n=13
14:0	4,53	-	18,67	0,82	-	7,56
14:15	0,78	-	5,15	0,18	-	5,05
16:0	10,24	-	35,23	12,57	-	23,13
16:1	7,60	-	29,85	8,25	-	24,83
16:24	1,01	-	5,85	0,28	-	3,27
17:0	0,53	-	2,79	0,59	-	1,20
18:0	2,23	-	12,31	3,79	-	9,55
18:1	2,70	-	13,29	9,40	-	17,96
18:26	0,43	-	6,92	0,91	-	10,74
18:33	1,22	-	13,05	1,97	-	15,05
18:43	2,46	-	14,79	2,06	-	14,26
20:46	0,56	-	3,40	1,51	-	5,82
20:53	3,66	-	20,78	10,60	-	21,27
22:19	0,00	-	0,96	0,51	-	1,08
22:63	1,28	-	3,71	0,00	-	0,45

Für die Daten der Tsp. Bautzen erklären die beiden Hauptkomponenten 80 % der Variabilität der in Tab 9 aufgeführten Fettsäuren von Seston und Daphnien. Im einzelnen erklärt die erste Hauptkomponente (PC 1) 54,1 % und die zweite (PC 2) 25,8 % der Variabilität. Außer Linol- und Stearidonsäure repräsentieren die beiden Hauptkomponenten die übrigen Fettsäuren sehr gut, da die Kommunalitäten der Fettsäuren bei 0,8 oder gar deutlich höher liegen. Die PC 1 wird von allen Fettsäuren beeinflusst. Lediglich Myristin- und Ölsäure haben einen geringen Einfluss auf diese Hauptkomponente, bestimmen jedoch neben EPA im Wesentlichen PC 2. Aber auch Palmitinsäure und 16:2 haben noch einen relativ großen Einfluss auf diese Hauptkomponente.

In der Tsp. Bautzen ließen sich Seston und Daphnien anhand der Fettsäuren unterscheiden, die die PC 2 bestimmen (Abb. 11). Die PC 2 Faktorenwerte der Daphnien sind deutlich höher als die des Sestons. Das heißt, die Daphnien besitzen durchweg weniger Myristin- und Palmitinsäure und/oder mehr Ölsäure und EPA als das Seston. Bei den Unterschieden der Fettsäuremuster entlang der PC 1 fällt der weitgehend parallele Verlauf in der zeitlichen Entwicklung des Sestons und der Daphnien auf. Nur im Mai veränderten sich die Fettsäuremuster der Daphnien langsamer bzw. später als die des Sestons.

53

Tab. 8: Prozentanteile (Minima - Maxima) einzelner Fettsäuren an der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien des Großen Vätersees 1998 und 1999. n: Anzahl der gemessenen Proben; nd: nicht darstellbar.

	23.4.1998 - 30.7.1998						29.4.1999 - 8.7.1999
Fettsäuren	Seston			Daphnien			Seston			Daphnien
	n=30			n=15			n=11			n=11
14:0	5,90	-	17,79	3,54	-	10,23	14,11	-	25,94	6,75	-	14,64
14:15	0,36	-	2,01	0,18	-	0,95	0,41	-	1,59	0,19	-	0,67
15:0	0,86	-	1,97	1,16	-	1,82	1,11	-	2,29	1,16	-	2,04
16:0	17,96	-	31,85	20,32	-	27,72	22,68	-	34,74	23,05	-	30,31
16:19/7	8,13	-	16,54	9,19	-	16,71	9,00	-	15,55	6,42	-	14,97
16:15	0,87	-	10,58	0,52	-	2,18	0,84	-	5,21	0,59	-	1,14
16:24	1,80	-	4,65	0,14	-	2,06	0,74	-	3,10	0,44	-	1,38
16:34	0,00	-	0,65	0,27	-	1,07	0,11	-	0,80	0,12	-	0,58
17:0	0,27	-	1,12	0,62	-	1,83	nd	-	0,71	0,53	-	1,06
18:0	1,71	-	7,60	2,32	-	4,75	2,37	-	4,14	2,21	-	3,86
18:19	3,01	-	13,96	8,03	-	16,14	3,30	-	9,41	5,24	-	12,75
18:17	1,64	-	4,63	2,37	-	6,32	1,50	-	2,49	1,91	-	5,14
18:26	2,40	-	5,06	4,56	-	7,94	3,51	-	5,10	4,73	-	9,63
18:36	0,15	-	0,51	0,47	-	0,83	0,25	-	0,89	0,82	-	1,41
18:34	0,00	-	0,00	0,02	-	0,09	0,00	-	0,07	0,00	-	0,07
18:33	4,49	-	10,13	4,96	-	10,52	3,53	-	6,84	4,29	-	7,88
18:43	3,04	-	6,14	3,48	-	6,31	2,90	-	5,96	4,08	-	7,21
19:0	0,00	-	0,00	0,00	-	0,25	0,00	-	0,02		0
20:0	0,07	-	0,36	0,11	-	0,39	0,37	-	0,64	0,13	-	0,34
20:19	0,72	-	3,16	0,24	-	1,01	0,84	-	3,76	0,40	-	1,91
20:26	0,80	-	1,66	0,03	-	0,21	0,11	-	0,32	0,10	-	0,14
20:36	0,28	-	1,04	0,05	-	0,13	0,16	-	0,36	0,06	-	0,10
20:33		nd		0,10	-	0,38	0,32	-	0,25	0,04	-	0,07
20:46	0,39	-	1,42	1,07	-	4,46	0,51	-	2,06	2,62	-	4,15
20:43	0,26	-	0,62	0,24	-	0,41	0,15	-	0,38	0,14	-	0,30
20:53	1,55	-	3,71	3,71	-	8,65	1,35	-	2,97	5,49	-	6,88
21:0	0,00	-	0,00	0,00	-	0,03		0			0
22:0	0,32	-	0,97	0,08	-	0,31	0,24	-	0,59	0,10	-	0,20
22:19	0,00	-	0,28	0,01	-	0,04	0,10	-	0,41	0,01	-	0,05
22:26	0,00	-	0,10	0,01	-	0,09	0,00	-	0,02	0	-
22:36	0,00	-	0,12	0,00	-	0,02	0,00	-	0,11	0,00	-	0,06
22:46	0,10	-	0,99	0,06	-	0,21	0,67	-	1,04	0,16	-	0,29
22:53	0,15	-	0,56	0,05	-	0,24	0,06	-	0,18	0,06	-	0,44
22:63	0,84	-	3,13	0,20	-	0,39	0,24	-	1,55	0,11	-	0,29
24:0	0,15	-	0,84	0,06	-	0,23	0,14	-	0,41	0,07	-	0,30

Für die Daten des GV erklären die drei Hauptkomponenten 85,6 % der Variabilität der in Tab. 10 aufgeführten Fettsäuren von Seston und Daphnien. Im einzelnen erklärt die erste Hauptkomponente (PC 1) 51 %, die zweite (PC 2) 20,5 % und die dritte (PC 3) 14,1 % der Variabilität. Mit Werten über 0,7 belegen die Kommunalitäten, dass die Fettsäuren sehr gut

54

Tab. 9: Hauptkomponentenanalyse der prozentualen Fettsäureanteile von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien der Tsp. Bautzen von 1997 Kommunalitäten und Faktorenladungen der rotierten Komponentenmatrix der beiden Hauptkomponenten (PC 1, PC 2).

Fettsäure	Kommunalitäten	Rotierte Komponentenmatrix
		PC 1	PC 2
14:0	0,879	0,263	-0,900
16:0	0,907	-0,787	-0,535
16:1	0,806	0,893	-0,090
16:2	0,863	0,806	-0,463
18:0	0,858	0,923	0,081
18:1	0,790	-0,277	0,845
18:2w6	0,476	-0,680	0,118
18:3w3	0,936	-0,936	0,245
18:4w3	0,612	-0,752	0,215
20:5w3	0,869	0,604	0,710

Abb. 11: Plot der ersten beiden Hauptkomponenten (PC 1, PC 2) einer Hauptkomponentenanalyse der Prozentanteile einzelner Fettsäuren von der Summe aller Fettsäuren des Sestons (< 30 µm) (volle Kreise) und adulten D. galeata (leere Kreise) aus der Tsp. Bautzen 1997.

durch die drei Hauptkomponenten repräsentiert sind. PC 1 umfasst die poly-ungesättigten Fettsäuren (PUFA) und außerdem 14:15, die auch in PC 2 eine hohe Faktorladung besitzt. Die Faktoren PC 2 und PC 3 werden vor allem durch die gesättigten und mono-ungesättigten Fettsäuren bestimmt.

55

Tab. 10: Hauptkomponentenanalyse der prozentualen Fettsäureanteile von Seston (< 30 µm) und adulten Daphnien des Großen Vätersees von 1998 und 1999 Kommunalitäten und Faktorenladungen der rotierten Komponentenmatrix der drei Hauptkomponenten (PC 1, PC 2, PC 3).

Fettsäure	Kommunalitäten		Rotierte Komponentenmatrix
		PC 1	PC 2	PC 3
14:0	0,906	0,248	0,919	0,008
14:1w5	0,858	0,619	0,580	-0,374
16:0	0,812	0,025	0,064	0,898
16:1w9/w7	0,867	0,283	0,032	-0,886
16:2w4	0,896	0,922	-0,191	-0,102
17:0	0,934	-0,246	0,896	0,266
18:0	0,939	0,410	0,585	0,655
18:1w7	0,866	-0,375	0,851	-0,034
18:2w6	0,863	-0,912	0,069	0,166
20:1w9	0,728	0,469	-0,578	0,417
20:4w6	0,826	-0,836	0,356	0,027
20:5w3	0,884	-0,792	0,447	-0,240
22:6w3	0,740	0,822	-0,247	0,061

Im GV lassen sich Daphnien und Seston in beiden Jahren von einander unterscheiden (Abb. 12 und Abb. 13). Vor allem entlang der mit den poly-ungesättigten Fettsäuren hoch korrelierenden PC 1 wird der Unterschied deutlich. Anhand der gesättigten und mono-ungesättigten Fettsäuren (PC 2, PC 3) lassen sich Seston und Daphnien nicht voneinander unterscheiden. Andeutungsweise lassen sich 1998 entlang der ersten beiden Hauptkomponenten für Seston und Daphnien die gleichen Zeiträume gruppieren. Die Termine bis zum 20.5.98 haben jeweils einen höheren Faktorenwert der PC 1 bei gleichzeitig niedrigerem PC 2 als die späteren Termine.

4.3 Diskussion

56

Der Versuchsklon von D. hyalina ist in der Lage, zumindest mittels Retrokonversion 3-Fettsäuren selbst zu synthetisieren. Da in den Versuchstieren jedoch nur geringe Mengen solcher 3-Fettsäuren vorhanden waren, die nicht in der jeweiligen Futteralge enthalten waren, scheint entweder die Fähigkeit oder der Bedarf diese Fettsäuren zu synthetisieren gering zu sein. Lediglich EPA konnte durch Retrokonversion aus DHA in beträchtlichen Mengen produziert werden. Die in der Nahrung befindliche DHA wird wahrscheinlich vollständig in EPA bzw. andere 3-Fettsäuren umgesetzt. Der in den Daphnienproben gemessene Anteil an

Abb. 12: Plots der ersten drei Hauptkomponenten (PC 1, PC 2, PC 3) einer Hauptkomponentenanalyse der Prozentanteile einzelner Fettsäuren der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten D. hyalina aus dem Großen Vätersee 1998.

DHA rührt eventuell nur von den im Verdauungstrakt befindlichen noch unverdauten Algen her. Das Phänomen, DHA aus der Nahrung weitestgehend in andere Fettsäuren umzuwandeln, ist bei Daphnien offenbar weit verbreitet. Einerseits gibt es den direkten Nachweis der Retrokonversion von DHA zu EPA für D. galeata, einer weiteren mit D. hyalina nah verwandten planktischen Daphnien-Art (Von Elert eingereicht). Indirekte Nachweise sind in der Literatur beschrieben, auch wenn die gefundenen Phänomene von den Autoren nicht als Retrokonversion interpretiert wurden. Elendt (1990) fütterte D. magna mit der Grünalge Scenedesmus subspicatus, die weder EPA noch DHA enthielt, und mit in Mikrokapseln eingeschlossenem künstlichem Futter, das zu 6 % EPA und zu 2,56 % DHA enthielt. Mikrokapseln und Algen wurden an die Daphnien in verschiedenen Mischungsverhältnissen verfüttert. DHA konnte in den Daphnien nie nachgewiesen werden. Bei reiner Scenedesmus-Diät war in den Daphnien auch kein EPA vorhanden. Der Anteil von EPA am Gesamtfettsäuremuster der Daphnien stieg mit zunehmendem Anteil an Mikrokapseln im Futter an. Müller-Navarra (1993) fütterte D. galeata mit der Diatomee Nitzschia sp. und der Crytptomonade Cryptomonas sp. Beide Algen enthielten 1,5 % bzw. 1,2 % DHA. In den Daphnien, die sich von diesen Algen ernährt hatten, waren jedoch nur 0,4 % bzw. 0,2 % DHA vorhanden. Weers et al. (1997) fütterten D. galeata mit Cryptomonas pyrenoidifera, die 6,1 % DHA ent

57

Abb. 13: Plots der ersten drei Hauptkomponenten (PC 1, PC 2, PC 3) einer Hauptkomponentenanalyse der Prozentanteile einzelner Fettsäuren der Summe aller Fettsäuren von Seston (< 30 µm) und adulten D. hyalina aus dem Großen Vätersee 1999.

hielt. In den Daphnien war dagegen nur 0,1 % DHA nachzuweisen. Die Autoren verfütterten an D. galeata auch Lipidemulsionen mit einem hohen Gehalt an DHA (11 - 23 %). Die Daphnien enthielten aber lediglich 0,3 - 2,8 % DHA. Wie die Ergebnisse der vorliegenden Arbeit zeigen, enthalten auch unter natürlichen Bedingungen aufgewachsene Daphnien sehr wenig DHA im Vergleich zu ihrem Futter. Auch in anderen Arbeiten, bei denen das Fettsäuremuster von Daphnien bestimmt wurde, die unter natürlichen Bedingungen aufgewachsen sind, wird stets der geringe Gehalt an DHA in den Daphnien hervorgehoben (Farkas & Herodek 1964; Farkas 1970; Farkas et al. 1981; Bourdier & Bauchart 1986-1987; Mims et al. 1991; Müller-Navarra 1993). Ob dieses Phänomen der Retrokonversion von DHA zu EPA auf Daphnien beschränkt ist, oder bei Cladoceren allgemein verbreitet, ist unklar, da bisher nur wenige Fettsäureanalysen von anderen Cladoceren als Daphnien bekannt sind. Bei einem Gehalt von 1,3 bis 4,1 % DHA im Seston < 200 µm waren in Simocephalus vetulus, einem weiteren Vertreter der Familie Daphnidae, 0,42 - 2,63 % DHA im Gesamtfettsäuremuster zu finden (Desvilettes et al. 1994a, b). Eurycerus lamellatus, ein Vertreter der Chydoridae, enthielt unter den gleichen Nahrungsbedingungen wie S. vetulus zwischen 0,61 % und 2,2 % DHA (Desvilettes et al. 1994b). Außer in den oben beschriebenen Fütterungsversuchen von Weers et al. (1997), in denen große Mengen an DHA an D. galeata verfüttert wurden,

58

Über die Frage nach dem Anpassungswert dieses physiologischen Verhaltens DHA aus der Nahrung in größtenteils EPA umzuwandeln, kann nur spekuliert werden. Das Verhalten kann sowohl als Nutzbarmachung einer zusätzlichen EPA-Quelle als auch als "Verteidigungsmaßnahme" gegenüber planktivoren Fischen interpretiert werden. EPA wird als ein das Wachstum und die Reproduktion der Daphnien begrenzender Nahrungsqualitätsfaktor angesehen (Brett & Müller-Navarra 1997). Verschiedene auf Korrelationsanalysen beruhende Studien belegen dies (Müller-Navarra 1995a; Müller-Navarra et al. 2000; Weiler & Voigt 2000). Mit der Umwandlung von DHA in EPA könnten die Daphnien einem eventuellen EPA-Mangel der Nahrung begegnen. Allerdings ergibt sich dann die Frage, wieso in den o. g. Studien die Nahrungskonzentration von EPA alleine und nicht die Summe der Konzentrationen aus DHA und EPA zu den höchsten Korrelationskoeffizienten zwischen der Fettsäurekonzentration der Nahrung und dem Wachstum bzw. der Reproduktion geführt haben.

Wenn jedoch die Umwandlung von DHA in EPA nicht aus dem Grund erfolgt, dass es für die Daphnien günstig ist, über mehr EPA zu verfügen, könnte der Anpassungswert dieses Verhaltens darin liegen, dass es für die Daphnien vorteilhaft ist, kein oder möglichst wenig DHA zu besitzen. Dies könnte dann sinnvoll sein, wenn DHA für potenzielle Prädatoren essenziell ist. Für Daphnien stellt die Prädation durch Fische im Pelagial von Seen einen wesentlichen Mortalitätsfaktor dar (Lampert 1988; DeMott 1989; Moss et al. 1991). Fische und andere Wirbeltiere haben einen hohen Bedarf an DHA. Diese Fettsäure spielt während der Ontogenese des Gehirns und des Sehsystems eine sehr wichtige Rolle (Mourente et al. 1991; Bell et al. 1995; Rainuzzo et al. 1997). Unklar ist allerdings ob DHA für Süßwasserfische essenziell ist und damit in der Nahrung enthalten sein muss oder ob DHA in ausreichendem Maße aus anderen 3-Fettsäuren synthetisiert werden kann (Kanazawa et al. 1979; Wirth et al. 1997). Wenn jedoch DHA für planktivore Fische insbesondere der 0+Generation essenziell sein sollte, würden die Daphnien mit ihrem Verhalten, DHA in EPA umzuwandeln, ihre Nahrungsqualität für Fische drastisch mindern. Selbst wenn eine Mangelernährung an DHA nicht zu einer direkten Erhöhung der Mortalität der Fische führt, könnten die Fische in ihrer Entwicklung und der Effektivität des Beuteerwerbs, beeinträchtigt werden. Fische sind Prädatoren, die sich bei der Nahrungssuche optisch orientieren. Fische, bei denen sich durch einen Mangel an DHA in der Nahrung das Sehsystem nicht optimal entwickeln konnte, dürf

59

Die Ergebnisse der Versuche mit DHA-manipulierter C. minor und N. limnetica als Futter lassen den Schluss zu, dass Daphnien durch Saturierung und Kettenverkürzung auch Stearidonsäure aus DHA bzw. EPA herstellen können. Der geringe Anteil an -Linolensäure in den Daphnien, die mit N. limnetica gefüttert wurden, wurde nicht als eindeutiger Hinweis für die Retrokonversion von -Linolensäure aus Stearidonsäure gewertet. Zum einen wurden in den Daphnien nur sehr geringe Mengen -Linolensäure nachgewiesen. Außerdem ist N. limnetica in der Lage -Linolensäure, wenn auch nur in geringen Mengen, zu synthetisieren (Krienitz et al. 2000). Auch wenn in der zur Fütterung verwandten Chemostatkultur von N. limnetica -Linolensäure nicht nachweisbar war, kann nicht ganz ausgeschlossen werden, dass während der ca. zwei-wöchigen Versuchsdauer die Alge nicht doch -Linolensäure synthetisiert hat. Da die Alge durch die Überführung aus dem Chemostaten in die batch-Kultur der Daphnien zwangsläufig anderen Kulturbedingungen ausgesetzt war, könnte dies einen Anlass zur Synthese von -Linolensäure dargestellt haben. Die Kulturbedingungen haben auch bei der Gattung Nannochloropsis großen Einfluss auf die Fettsäurezusammensetzung (Sukenik et al. 1989). Sollten aber die Daphnien durch Retrokonversion -Linolensäure aus Stearidonsäure synthetisieren können, so ist das Ausmaß, mit dem sie die Synthese betreiben, offenbar sehr eingeschränkt.

Die Fähigkeit der Daphnien zur Konversion von poly-ungesättigten Fettsäuren schien nur in geringem Umfang für die Synthese von -Linolensäure aus Linolsäure mit Aphanothece sp. als Futter gegeben zu sein. Zwei weitere Ergebnisse lassen jedoch an der Fähigkeit der Daphnien zweifeln, -Linolensäure aus Linolsäure synthetisieren zu können. Wie Aphanothece sp. enthält auch C. minor keine -Linolensäure. Mit der Grünalge als Futter enthielten die Daphnien jedoch keine -Linolensäure, obwohl C. minor große Mengen Linolsäure enthält, aus der -Linolensäure hätte synthetisiert werden können. Hinzu kommt, dass in den Versuchen kein Nachweis für die Fähigkeit von D. hyalina erbracht wurde, Stearidonsäure aus -Linolensäure zu synthetisieren. Da sowohl für die Umsetzung von Linolsäure zu -Linolensäure als auch für die Umsetzung von -Linolensäure zu Stearidonsäure das gleiche Enzym, eine 6-Desaturase, notwendig ist. Deshalb lässt auch das Fehlen von

60

In Daphnien, in deren Futter keine 20:36 und auch keine Arachidonsäure enthalten war, konnten diese Fettsäuren auch nicht nachgewiesen werden. Von daher scheinen Daphnien zur weiteren Kettenverlängerung und Desaturierung der 6-Fettsäuren nicht fähig. Ob es innerhalb der 6-Reihe in Daphnien zur Retrokonversion gekommen war, konnte aus methodischen Gründen weder bestätigt noch widerlegt werden.

Daphnien verfügen offenbar über keine 15-Desaturase, mit der sie 3-Fettsäuren de novo-synthetisieren könnten. Ebenso fehlt ihnen die Fähigkeit, durch Konversion aus 3-Fettsäuren längerkettige bzw. höherungesättigte 3-Fettsäuren zu synthetisieren. Innerhalb der 3-Reihe konnten weder Kettenverlängerung noch Desaturierungen nachgewiesen werden. Von Elert (eingereicht) konnte jedoch eine Kettenverlängerung ausgehend von der Stearidonsäure zu 20:43 durch D. galeata zeigen und nimmt an, dass die Art eine 5-Desaturase besitzt, mit der sie 20:43 in EPA umwandeln kann.

Bei den drei als unidentifiziert angegebenen Fettsäuren der Algenkulturen handelt es sich wahrscheinlich um C16-polyen-Fettsäuren. Dabei ist "unident. 1" wahrscheinlich identisch mit 16:26, "unident. 2" identisch mit 16:33 und "unident. 3" mit 16:43. Das ergaben Vergleiche der Elutionsfolgen mit Literaturdaten (Eichenberger 1976; Piorreck et al. 1984; Cranwell et al. 1990; Chen & Johns 1991; Reitan et al. 1994; Belkoura et al. 2000). Da diese Fettsäuren jedoch nicht zu erwerben sind, konnten die betreffenden Peaks nicht weiter überprüft werden.

Die Fettsäuren erwiesen sich für die Tsp. Bautzen 1997 als brauchbare Biomarker, um die Nahrungsbeziehung zwischen Seston und Daphnien zu beschreiben. Die Veränderungen, die das Fettsäuremuster des Sestons in der Tsp. Bautzen erfahren hatte, fanden sich in ähnlicher Weise auch in den Daphnien wieder. Die Unterschiede im Fettsäuremuster zwischen Daphnien und Seston entlang der PC 2 erklären sich wesentlich durch die Fettsäuren 14:0, 18:1 und 20:53, bei denen sich in den Kulturversuchen ergeben hatte, dass von den Daphnien offenbar Veränderungen an diesen Fettsäuren vorgenommen wurden. Auch die Tendenz, ob eine Fettsäure aus einer Futteralge in den Daphnien angereichert wurde oder nicht, entspricht den Ergebnissen der PCA. Da die Veränderungen im Fettsäuremuster der Daphnien im zeitlichen Verlauf entlang der PC 1 den Veränderungen des Fettsäuremusters im Seston entsprechen, zeigt sich hier, dass die Fettsäuren, die die Faktorenwerte der PC 1 bestimmen, sich in Seston und Daphnien analog zu einander veränderten. Daraus ergibt sich, dass die Veränderungen dieser Fettsäuren in den Daphnien ursächlich durch Veränderungen des Sestons, ihrer Nahrung, hervorgerufen wurden. Die geringe zeitliche Verzögerung mit der die Veränderungen in den Daphnien stattfanden, lässt sich durch langsamere

61

Im GV waren die Unterschiede zwischen den Fettsäuremustern von Seston und Daphnien kleiner als in der Tsp. Bautzen. Im GV ließen sich Unterschiede und Gemeinsamkeiten der Fettsäuremuster von Seston und Daphnien nicht so klar erkennen und deuten wie in der Tsp. Bautzen. Das dürfte im wesentlichen damit zusammenhängen, dass die Veränderungen im Fettsäuremuster des Sestons im GV weit weniger gravierend waren (vgl. Abb. 4; Abb. 5; Abb. 6). Zwar ließen sich die Fettsäuremuster von Seston und Daphnien im GV in beiden Jahren vor allem entlang der PC 1 voneinander unterscheiden, jedoch waren die Fettsäuren, durch die sich diese Unterschiede manifestierten, andere als 1997 in der Tsp. Bautzen. Aufgrund der Faktorenwerte von Daphnien- und Sestonfettsäuremuster und der Vorzeichen der Faktorenladungen der die PC 1 bestimmenden Fettsäuren waren in den Daphnien stets weniger DHA und 16:24 und mehr EPA, Arachidon- und Linolsäure vorhanden als im Seston. Die Ergebnisse für die Anteile von DHA und EPA in Daphnien und ihrer Nahrung stimmen mit den Ergebnissen der Kulturversuche überein und können mit der Umwandlung von DHA in EPA durch die Daphnien erklärt werden. Der etwas höhere Anteil von Arachidon- bzw. Linolsäure in den Daphnien im Vergleich zum Seston war auch schon in der Tsp. Bautzen zu erkennen. Aus methodischen Gründen konnte jedoch in den Versuchen, bei denen einer der Picoplankter gefüttert wurde, weder eine Konversion noch eine Retrokonversion von 6-Fettsäuren nachgewiesen werden.

Zeitlich analog verlaufende Veränderungen im Fettsäuremuster von Seston und Daphnien, wie es in der Tsp. Bautzen entlang der PC 1 der Fall war, ließen sich im GV 1998 nur ansatzweise und 1999 gar nicht erkennen (nicht dargestellt). Wie schon in Kap. 3 deutlich wurde, kam es im GV um den 20.5.98 zu wesentlich stärkeren Veränderungen im Fettsäuremuster des Sestons als zu irgend einem anderen Zeitpunkt zwischen Ende April und Ende Juli (vgl. Abb. 3). Diese Veränderungen fanden sich in gleicher Weise in den Fettsäuremuster der Daphnien wieder. 1999 waren die Veränderungen im Fettsäuremuster des Sestons im GV insgesamt sehr gering. Weiter muss berücksichtigt werden, dass die Dynamik, mit der Veränderungen im Fettsäuremuster des Seston stattfinden können, größer ist als die bei Daphnien. Das Fettsäuremuster der Daphnien ist ja nicht nur das Ergebnis der mit der Nahrung aufgenommen Fettsäuren des Untersuchungstages, sondern eher das Integral der aufgenommen Fettsäuren eines bestimmten Zeitraums. Dieser Zeitraum wird durch die Länge des Reproduktionszyklus bestimmt (Kap. 6). Der größte Verlust an Fettsäuren, den die Daphnien regelmäßig erfahren, ist die Weitergabe des größten Teils der Fettsäuren an die Nachkommen (Elendt 1989). Dabei scheinen die Daphnien die Fettsäuren in der Zusammensetzung an die Eier weiterzugeben, wie sie gespeichert wurden (Müller-Navarra 1993).

62

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass das Fettsäuremuster der Daphnien in Kultur und Freiland weitgehend vom Fettsäuremuster der jeweiligen Nahrung bestimmt war.

Der Versuchsklon von D. hyalina war nicht in der Lage 3-Fettsäuren de novo zu synthetisieren. Auch die Konversion innerhalb der 3-Reihe konnte nicht nachgewiesen werden. Mittels Retrokonversion wird vor allem DHA in EPA umgewandelt. Die Umwandlung von EPA in Stearidonsäure fand in weit geringerem Umfang statt, und die Entstehung von -Linolensäure mittels Retrokonversion konnte nicht eindeutig nachgewiesen werden. Die fast vollständige Umwandlung von DHA zu EPA erklärt auch die geringen DHA-Gehalte der aus den Untersuchungsgewässern gefangenen Tiere. Für die Daphnien kann die Umwandlung von DHA zu EPA dadurch von Vorteil sein, dass ihnen mit DHA eine zusätzliche EPA-Quelle zur Verfügung steht. Der geringe DHA-Gehalt der Daphnien könnte zu dem auch bewirken, dass planktivoren Fischen ein eventuell essenzieller Nährstoff vorenthalten wird.

Fettsäuren erwiesen sich dann als brauchbare Biomarker, wenn im Seston die Unterschiede im Fettsäuremuster zwischen den verschiedenen Probenentnahmeterminen groß waren. Sowohl in der Tsp. Bautzen als auch im GV waren die Fettsäuremuster von Seston und Daphnien verschieden. Die Unterschiede lagen darin begründet, dass Daphnien bestimmte Fettsäuren im Vergleich zum Seston anreichert (Öl-, Linol-, Arachidonsäure und EPA).

© Die inhaltliche Zusammenstellung und Aufmachung dieser Publikation sowie die elektronische Verarbeitung sind urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung, die nicht ausdrücklich vom Urheberrechtsgesetz zugelassen ist, bedarf der vorherigen Zustimmung. Das gilt insbesondere für die Vervielfältigung, die Bearbeitung und Einspeicherung und Verarbeitung in elektronische Systeme.