AQUATERR: Transfer of essential lipids from aquatic to terrestrial ecosystems, and consequence in terrestrial consumers

To date, aquatic ecosystem research is strongly restricted to investigations in water bodies, such as lakes and rivers. Thus, the importance of water organisms for terrestrial ecosystems remains less clear. Cross-ecosystem fluxes of organic matter can crucially influence the productivity of adjacent habitats. For example, emerging aquatic insects provide an important pathway by which freshwater-derived organic matter can enter terrestrial food webs. Effects of reciprocal resource subsidies on adjacent food web processes depend on the quantity of the subsidy; if and how qualitative differences in resource subsidies can influence adjacent food web processes has not been studied yet. The objective of this project is to evaluate the transfer of essential and potentially limiting biochemical nutrients, i.e. polyunsaturated fatty acids (PUFA), from freshwater to terrestrial systems via emerging insects and to assess the significance of freshwater-derived PUFA for terrestrial invertebrate consumers. Emergence traps will be installed in different lentic and lotic ecosystems (small lakes and streams) to assess habitat-specific PUFA fluxes. Pond experiments with stable isotope-labelled substrates will be used to assess PUFA export via emerging insects and distribution of aquatic PUFA in adjacent terrestrial ecosystems and invertebrate consumers. Laboratory feeding experiments will be conducted with riparian invertebrate predators (i.e. spiders), aquatic and terrestrial insect prey and PUFA-manipulated food to test whether aquatic insects are preferentially consumed and support the growth of riparian predators more efficiently than terrestrial insect prey. This approach will provide novel insight into the potential role of essential nutrients in mediating cross-ecosystem effects.

Aquatisch–terrestrische Kopplung: Export von mehrfachungesättigten Fettsäuren aus aquatischen Ökosystemen durch Insekten und mögliche Konsequenzen für terrestrische Konsumenten 

Die aktuelle Gewässerforschung findet vorwiegend in Flüssen oder Seen statt, wodurch die Bedeutung von Wasserlebewesen auf umliegende Landökosysteme wenig berücksichtigt wird. Der Transport von organischem Material über Ökosystemgrenzen hinweg kann die Produktivität benachbarter Systeme entscheidend beeinflussen. Der Schlupf von aquatischen Insekten aus dem Wasser (Emergenz) bewirkt erheblichen Biomassentransfer (=Energie) aus Gewässern in angrenzende terrestrische Ökosysteme. Mögliche Effekte von Nährstoffflüssen auf Nahrungsnetze am Land hängen in erster Linie von der Menge der transferierten Biomasse ab; ob diese Nahrungsnetze auch von hochwertiger Nahrung aus dem Wasser beeinflusst werden können, ist Gegenstand dieser Forschung, die gemeinsam mit Kollegen der Universität Konstanz im Rahmen eines DFG-FWF geförderten DACH Projekts untersucht wird. Ziel des Projekts ist es, den Export von essentiellen, biochemischen Nährstoffen, d.h. mehrfachungesättigte omega-3 und -6 Fettsäuren (PUFA), aus Binnengewässern über emergierende Insekten zu quantifizieren, um den möglichen Transfer dieser potentiell limitierenden Nährstoffe in angrenzende terrestrische Lebensräume und deren Bedeutung für terrestrische Konsumenten berechnen zu können. Emergenzfallen werden auf den drei Lunzer Seen und deren Umland (von 600 bis 1100 m Seehöhe) installiert, um deren PUFA-Export vergleichend untersuchen zu können. Erstmals werden auch komponenten-spezifische Isotopen (=stabile Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopen von Fettsäuren) verwendet, die helfen sollen zu verstehen, wie Landtiere essentielle PUFA aus dem Wasser in ihre Zellen einbauen und dadurch ihr Wachstum und Fortpflanzung erhöhen können. Wenn die stabilen Kohlenstoff- und Wasserstoff-Isotopen von essentiellen Fettsäuren zwischen Insektenlarven und Landtieren gleich sind, wird vorerst angenommen, dass die Zellbausteine in Landtieren aus Wasserlebewesen stammen. Die Ergebnisse dieser Forschung werden unser Verständnis von Nährstoffflüssen über Systemgrenzen hinweg und deren Bedeutung für angrenzende Habitate entscheidend verbessern können.