Exploring the unknown in a well-known system : Ecology and ecosystem effects of the invasive polychaete genus Marenzelleria spp. in the northern Baltic Sea

Show full item record

Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4111-8
Title: Exploring the unknown in a well-known system : Ecology and ecosystem effects of the invasive polychaete genus Marenzelleria spp. in the northern Baltic Sea
Author: Kauppi, Laura
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Department of Environmental Sciences
University of Helsinki, Tvärminne Zoological Station
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: Introductions of non-native species are changing the composition of plant and animal communities worldwide. In order to assess their ecological and socio-economic impacts it is imperative to know their effects on the surrounding ecosystem. Basic knowledge of the non-native species’ biology, ecology and effects on ecosystem functions in their new environment is therefore needed but often lacking. Naturally low species richness and frequent disturbances make the Baltic Sea one of the most heavily invaded seas in the world. One of the most successful invaders has been the spionid polychaete genus Marenzelleria, three species of which now occur in the Baltic Sea, M. viridis, M. neglecta and M. arctia. Their differing burrowing and ventilation behavior compared to the native species suggest an impact on nutrient cycling. A combination of monitoring data, field surveys and laboratory experiments were used to investigate the ecosystem effects of Marenzelleria spp. The genus occurs in the entire Baltic Sea with highest densities in deeper (over 30 m) areas. M. arctia prefers deeper sites, all three species co-occur at muddy sites up to 20 m depth, and M. viridis and M. neglecta occur together and hybridize at sandy sites. Population dynamics and productivity of the three species differ spatially. Seasonal differences in biotic and abiotic factors lead to variation in the relative importance of Marenzelleria spp. on an important ecosystem function, nutrient cycling. The contribution of Marenzelleria spp. to nutrient cycling was highest during spring when food input to the benthos is high. M. arctia, M. neglecta and M. viridis had density-dependent effects on bioturbation metrics and solute fluxes, implying spatial and temporal variation in their impact on nutrient cycling following seasonal and spatial changes in their densities and biomass. The impact could be modified by the composition of the surrounding macrofauna community and the variation in abiotic factors. Combining the observational and experimental results implies a possible enhancement of phosphorus binding capacity by Marenzelleria spp. in deeper areas especially during summer when oxygen conditions deteriorate and densities increase, but an enhancement of phosphate effluxes in normoxic areas through enhanced remineralization of organic matter. Through density-dependent effects on bioirrigation and directly on ammonium fluxes, the genus also has an impact on nitrogen cycling. The results from this thesis imply spatial and seasonal differences in the impact of Marenzelleria spp. on nutrient cycling related to the environmental conditions and to the densities and biomasses of Marenzelleria spp. and other macrofauna. At disturbed sites Marenzelleria spp. could possibly enhance phosphorus burial and thus remove nutrients from primary production, whereas at undisturbed, normoxic sites they could enhance organic matter remineralization thus preventing deposition of large quantities of organic matter on the sea floor. The results also highlight the need to study the effects on non-native species in the natural environment incorporating the spatial and seasonal variability, and natural community composition in order to accurately estimate their contribution to ecosystem function.Tulokaslajit muuttavat kasvi- ja eläinyhdyskuntien rakennetta maailmanlaajuisesti. Erityisesti meriekosyseemeissä tulokaslajien hävittäminen ei usein ole mahdollista, ja siksi on tärkeää tietää miten ne vaikuttavat ympäröivään ekosysteemiin. Tulokaslajien ekologisen vaikutuksen arvioinnissa tieto lajin biologiasta, ekologiasta ja vaikutuksista ekosysteemin toimintaan uudessa elinympäristössä on tärkeää, mutta usein puutteellista. Luonnostaan vähälajinen ja monista häiriötekijöistä kärsivä Itämeri on yksi maailman eniten tulokaslajeja sisältävistä merialueista. Yksi menestyksekkäimmistä tulokkaista on ollut meren pohjasedimentissä elävä monisukasmatosuku Marenzelleria, joita Itämeressä nyt tavataan kolmea lajia: M. viridis, M. neglecta ja M. arctia. Niiden sedimenttiä muokkaava toiminta eroaa kotoperäisistä lajeista, millä voi olla vaikutuksia ekosysteemiin toimintaan, kuten ravinteiden kiertoon. Tässä väitöskirjassa tutkitaan Marenzellerian vaikutuksia Itämeren ekosysteemiin seuranta-aineistoja, havainnoivia kenttätutkimuksia ja laboratoriokokeita käyttäen. Marenzelleriaa tavataan koko Itämeressä, ja suurimmat yksilömäärät on havaittu yli 30 m syvyyksissä. Eri Marenzelleria -lajien määrissä ja tuottavuudessa on eroja paikasta, syvyydestä ja lajista riippuen. M. arctia -lajia tavataan yksin syvillä mutapohjilla ja kaikkia kolmea lajia mutapohjilla 20 m syvyyteen saakka. M. viridis ja M. neglecta -lajit esiintyvät ja lisääntyvät yhdessä hiekkapohjilla. Havainto- ja kokeelliset tulokset viittaavat alueellisiin ja kausittaisiin eroihin Marenzellerian vaikutuksessa ravinteiden kiertoon riippuen ympäristötekijöistä, sekä Marenzellerian ja muiden lajien tiheydestä ja biomassasta. Havainto- ja kokeelliset tutkimukset osoittivat, että Marenzellerian sedimenttiä muokkaava toiminta saattaa edesauttaa fosforin sitoutumista sedimenttiin syvillä alueilla etenkin kesällä, kun hapen määrä on vähäisempi ja tiheydet suuria. Toisaalta alueilla, joilla hapen määrä on suurempi, sama toiminta voi edesauttaa fosforin vapautumista tehostuneen eloperäisen aineksen hajoamisen myötä. Tulokaslajien tutkiminen luonnollisessa ympäristössä on tärkeää niiden vaikutusten arvioinnissa. Ajalliset ja paikalliset vaihtelut ympäristössä, sekä tulokas- ja muiden lajien populaatioissa saattavat muuttaa tulokaslajien merkitystä ekosysteemin toiminnan kannalta.
URI: URN:ISBN:978-951-51-4111-8
http://hdl.handle.net/10138/232569
Date: 2018-03-09
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
EXPLORIN.pdf 1.983Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record