Abteilung Fischökologie & Evolution

Flussfisch Oekologie

In der Gruppe für Flussfisch-Ökologie untersuchen wir die Ökologie und Evolution von Fischen in Flussökosystemen. Wir arbeiten hauptsächlich an der Schnittstelle zwischen Ökologie und Evolution und stellen immer wieder fest, dass diese beiden traditionell getrennten Disziplinen voneinander abhängen. Im Detail arbeiten wir an lokaler Anpassung, adaptiver und neutraler Diversifizierung, Fischmigration und Flussfischbiodiversität auf der genetischen, phänotypischen und gemeinschaftlichen Ebene. Das übergeordnete Ziel unserer Arbeit ist die Erforschung der Interaktionen und potenziellen Rückkoppelungen zwischen Ökologie und Evolution.

Für unsere Arbeit verwenden wir verschiedene Studiensysteme, konzentrieren uns aber hauptsächlich auf Schweizer Bäche und Flüsse. Die Schweizer Flüsse bieten eine sehr hohe Biodiversität und Biokomplexität, da die Schweiz einerseits die Quellflüsse mehrerer grosser europäischer Flüsse beherbergt (Rhein, Rhone, Po und Donau), aber auch einen starken Höhengradienten und eine grosse Bandbreite an Flussgrössen zu bieten hat, vom kleinen Bach bis hin zu langsam fliessenden, grossen Flüssen.

Forschungsschwerpunkte

  • Lokale Anpassung
  • Partielle und differentielle Migration
  • Bewertung und Vorhersage der Fischbiodiversität

Kontakt

Lokale Anpassung

Viele Organismen zeigen eine räumliche Differenzierung in der Anpassung an ihren örtlichen Lebensraum. Verpflanzungs- und einfache Gartenexperimente haben sich als extrem wertvoll erwiesen, wenn es um das Erlangen eines Verständnisses für die Fitness von örtlich angepassten Pflanzen und Tieren in ihrem ursprünglichen und in alternativen Lebensräumen geht. Oft war die Fitness im örtlichen Lebensraum am höchsten, was auf lokale Anpassung hindeutet. Abgesehen von der offensichtlichen Bedeutung für die genotypspezifische Fitness einzelner Organismen ist die örtliche Anpassung auch ein wichtiger Antrieb für die allopatrische phänotypische Divergenz, die verstärkungsähnliche Vorgänge beim sekundären Kontakt stark beeinflussen und somit eine wichtige Komponente in der adaptiven Radiation darstellen kann.

Viele Fischarten sind sowohl in Seen als auch in Flüssen zu finden, wobei die Flussformen spezifisch an den Flusslebensraum angepasst sein können. Aber auch Flüsse unterscheiden sich, und in Flüssen lebende Arten können spezifisch an ihren örtlichen Lebensraum angepasst sein. Forellen beispielsweise sind in Gebirgsbächen genauso zu finden wie in Flachlandflüssen, also in zwei Lebensräumen, die sich z. B. bezüglich des Temperaturregimes deutlich unterscheiden. Man geht davon aus, dass solch eine lokale Anpassung der Hauptgrund für die starke Heimatsuche wandernder Lachsfische ist, denn die Nachkommenschaft kann eher überleben, wenn sie an die spezifische Umwelt, in der sie aufwächst, angepasst ist.

Partielle und differentielle Migration

Von allen grossen Naturschauspielen ist die Wanderung von Tieren zweifellos das beeindruckendste. Der Mensch ist schon seit tausenden von Jahren davon fasziniert, und es gibt über zweitausend Jahre alte Berichte von wandernden Fischen, die mit den Jahreszeiten ins Schwarze Meer kommen und wieder gehen. Die Erforschung der Migration bleibt ein Hauptfokus der modernen biologischen Forschung, und wir wissen heute, dass die Migration ein allgegenwärtiges Merkmal im Lebenszyklus verschiedenster Tiere ist, von mikroskopisch kleinen Krustentieren bis hin zu grossen Meeressäugern.

In einer Umgebung, in der sich die relative Profitabilität alternativer Lebensräume ändert, sei es durch die Jahreszeiten, z. B. durch Temperaturveränderungen, oder sei es während der Ontogenese eines Tieres, sind Lebensraumveränderungen durch Migration oft eine evolutionär erfolgreichere Strategie als das Verbleiben an Ort und Stelle. Zwar können Analysen von Veränderungen der relativen Vor- und Nachteile verschiedener Lebensräume das Timing der Migration des durchschnittlichen Individuums ganz gut vorhersagen, aber diese Methode wurde nur selten auf einzelne Organismen angewendet, um zu erklären, warum oft nur ein Teil der Population abwandert (partielle Migration), warum Individuen zu unterschiedlichen Zeiten abwandern oder an unterschiedliche Orte (differentielle Migration) oder, vielleicht am interessantesten, warum Populationen sich in ihren Migrationsmustern unterschieden (sowohl in der partiellen als auch in der differentiellen Migration).

Studiensysteme

  1. Migration der Seeforelle

    Die Seeforelle wurde 2011 vom Schweizerischen Fischerei-Verband (SFV) zum Fisch des Jahres ernannt, um auf diesen faszinierenden Fisch aufmerksam zu machen, der für die Berufs- und Sportfischerei von grosser Bedeutung ist, leider aber immer seltener wird. Ein wichtiger Schritt im Lebenszyklus einer Seeforelle ist die Wanderung als juvenile Forelle vom Laichfluss in den See und dann als adulte Forelle wieder vom See zurück zum Laichplatz im Fluss, aus dem sie einst kam. Wegen dieser starken Heimwärtsmigration der Forelle beherbergen die grösseren Schweizer Seen oft mehrere Forellenpopulationen. Dies ist nicht nur eine fantastische Gelegenheit, die Grundkonzepte der Migrationsökologie und Evolution zu erforschen, sondern auch Kenntnisse über die Migrationsökologie der Seeforelle zu gewinnen, die unerlässlich für deren Management sind.


  2. Partielle Migration von Karpfenfischen

    Karpfenfische wandern im Winter oft von seichteren Seen in Flüsse, um in dieser Zeit dem Risiko durch Räuber zu entgehen, denn die Wachstumsrate ist wegen der niedrigen Temperaturen gering und die Fische können das höhere Nahrungsaufkommen in den Seen nicht nutzen. Aber meist wandert nur ein Teil der Fischpopulation ab (partielle Migration), und unter den Migranten variieren die Zeit, die Dauer und das Ziel der Wanderung (differentielle Migration). Da Karpfenfische in den Seeökosystemen oft eine dominante Art mit starker ökologischer Auswirkung sind, beeinflusst ihre temporäre Abwesenheit niedrigere trophische Ebenen des Sees. Deshalb bietet das Studiensystem eine neuartige Gelegenheit zur Erforschung des Zusammenspiels zwischen der Differenzierung in der individuellen Lebensgeschichte und der Ökosystemdynamik.

    Die Studien zur partiellen Migration von Karpfenfischen werden in seichten Seen in Dänemark und Südschweden durchgeführt, in Kooperation mit Dänemarks Technischer Universität (DTU-Aqua) und der Universität Lund in Schweden

Bewertung und Vorhersage der Fischbiodiversität

Bewertung der Biodiversität von Flussfischen

Schweizer Flüsse bergen wegen der geographisch zentralen Lage, wo vier der wichtigsten Flusssysteme Europas ihren Ursprung haben, eine einzigartige Biodiversität. Fische haben sich in diesen Flusssystemen grösstenteils isoliert voneinander entwickelt, was zu einer reichen Diversität an Genotypen, Phänotypen und Arten führte.

Während wir aber diese Diversität erst noch erforschen, ist bereits alarmierend viel davon durch anthropogene Einflüsse auf das Flussökosystem verloren gegangen.

Dazu gehören z. B. die Blockierung von Migrationswegen, Klimaveränderungen, Zerstörung von Lebensräumen, Schwall-/Sunkbetrieb, Einführung fremder Arten und grossangelegter Fischbesatz. Glücklicherweise ist der öffentliche und politische Wille für den Schutz der endemischen Biodiversität in Schweizer Flüssen und Bächen da. Aber nicht jeder Fluss lässt sich renaturieren und nicht jede Population schützen, denn die Ressourcen sind nicht unerschöpflich. Für einen effizienten Erhalt mit begrenzten Ressourcen ist eine gross angelegte Beurteilung der vorhandenen Fischbiodiversität in Flüssen im ganzen Land erforderlich. Mit diesem Projekt möchten wir die Biodiversität in Schweizer Flüssen auf allen Ebenen, von den Genen bis hin zu den Gemeinschaften, beurteilen.


Vorhersage der Fischbiodiversität

Eco-evolutionary biodiversity dynamics in river-lake dendritic networks

Die Hauptmotivation ist die Analyse von Fisch-Meta-Gemeinschaftsproben aus der ganzen Schweiz durch die Entwicklung eines theoretischen Rahmens zur Unterscheidung der wichtigsten Mechanismen, die zu Biodiversität und Radiationsdynamiken im kleinen und im grossen räumlichen Umfang führen. Wir werden auch frühere Erkenntnisse aus Probenahmen zu Einzelarten und Laborarbeit heranziehen, um die Mechanismen vorauszusagen, die die genetische und phänotypische Diversifizierung in dendritischen Fluss-See-Netzwerken fördern.

Projektdauer: 2014
Finanzierung: Eawag

laufende Projekte

Investigating the interactions between migration ecology, local adaptation and diversification
Assessing biodiversity from genes to communities in Swiss river fish
Fliessgewässer gehören zu den artenreichsten Ökosystemen weltweit. Gleichzeitig sind sie stark unter Druck, z.B. durch Verbauung oder Nutzung der Wasserkraft.

Team

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Dr. Brodersen, Jakob
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Dermond, Philip
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Hellmann, Johannes
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Krähenbühl, Andrin
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Dr. Lange, Katharina
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Dr. Thomas, Stephen
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Wehrli, Sabrina
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