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Vergleichende Untersuchungen zur Atmungsphysiologie euryhaliner Gammariden unter besonderer Berücksichtigung der Salzgehaltsanpassung

Comparative investigations on the respiratory physiology of euryhaline gammarids with special reference to salinity adaptation

Helgoländer wissenschaftliche Meeresuntersuchungen volume 23, pages 485–534 (1972)Cite this article

Abstract

Metabolic rates were measured of the euryhaline amphipodsGammarus locusta (L.),G. oceanicus Segerstråle,G. salinus Spooner,G. zaddachi Sexton, andG. duebeni Lilljeborg at 15° C by means of flow-through polarographic respirometry. The relationships between oxygen consumption (y) and body weight (x), expressed by the equationy = a · x b, under the influence of two salinities (10‰ and 30 ‰) were investigated. The regression coefficients (b), which describe the slopes of the regression lines, reveal significant differences for the salinities tested. Except forG. duebeni, higher values were obtained in 30 ‰ than in 10 ‰. In the five species, metabolism as a function of size is characterized by regression coefficients ranging from 1 to 0.6. An interspecific comparison of the parametera, representing the intercept on they axis, exhibits a decrease in oxygen requirements in the orderG. locusta, G. oceanicus, G. salinus, G. zaddachi, G. duebeni. The respective values for 0.1 g (fresh weight) animals range from 17.1 to 7.1 mm3 O2/h (30 ‰). Experiments on the alterations in metabolic rates following osmotic stress were designed to provide information on time course and capacity of adaptation to salinity. Depending on the salinity tolerances of the species, the responses after abrupt transfers from 10 to 30 ‰, 30 to 45 ‰, 30 to 10 ‰ and 10 to 3 ‰ were recorded. Changes from more concentrated to more dilute media induce less extensive alterations in respiratory rates and lead to faster adaptation to new salinity levels than transfers in the opposite direction. A new steady state of metabolic rate following salinity stress may be reached after 3 to about 30 hours.G. duebeni exhibits higher capabilities for compensatory adjustments than the other species.G. locusta was shown to be least capable of compensating for salinity changes. Oxygen consumption declines during starvation and attains a fairly constant level, reduced by ca. 15 %, 20 to 24 hours after the beginning of fast, as demonstrated inG. oceanicus by long-term experiments over 6 days. In adult individuals, activity metabolism exceeds standard rates by about 2 1/2 to 3 times. Under basal conditions, distinct respiratory ventilation rhythms of pleopod beating may occur. In addition, the time course of respiratory alterations during moulting was measured. At exuviation, oxygen uptake increases the mean respiratory rates 2.2 to 3.9 times. Some physiological and ecological aspects are discussed, mainly with respect to salinity adaptation and the processes of osmotic and ionic regulation involved. Metabolic rates of gammarid species are compared and related to environmental requirements. The similarity in the functional responses of the sibling speciesG. zaddachi andG. salinus is emphasized.

Zusammenfassung

1. Der respiratorische Stoffwechsel der euryhalinen AmphipodenGammarus locusta (L.),G. oceanicus Segerstråle,G. salinus Spooner,G. zaddachi Sexton undG. duebeni Lilljeborg wurde in einer Durchflußapparatur auf polarographischem Weg bei einer Temperatur von 15° C untersucht.

2. Bei allen fünf Arten wurden die Beziehungen zwischen Sauerstoffverbrauch(y) und Körpergewicht (x) in Abhängigkeit vom Salzgehalt (30 ‰ und 10 ‰) geprüft und die Parameter der allometrischen Funktiony =a · x b ermittelt (vgl. Tab. 1).

3. Der Regressionskoeffizientb, der die Größenabhängigkeit des Stoffwechsels kennzeichnet, weist artspezifische Unterschiede auf und ist abhängig vom Salzgehalt. Dieser zeichnet sich — mit Ausnahme vonG. duebeni — bei einer Salinität von 30 ‰ durch höhere Werte aus als bei 10 ‰ und ist in allen Fällen signifikant verschieden. Die Größenabhängigkeit des Stoffwechsels liegt im Bereich zwischen einer Gewichts-und einer Oberflächenproportionalität bzw. sogar darunter (b = ∼ 1-0,6).

4. Ein interspezifischer Vergleich des Faktorsa, der die aus der Gesamtheit der Meßwerte berechnete Atemgröße von der Gewichtseinheit charakterisiert, ergibt, daß die Stoffwechselintensität in der Reihenfolge vonG. locusta überG. oceanicus, G. salinus, G. zaddachi bis zuG. duebeni fortschreitend abnimmt. Der durchschnittliche O2-Bedarf von Flohkrebsen mit einem Lebendgewicht von 0,1 g reicht bei 30 ‰ von 17,1 mm3/h(G. locusta) bis zu 7,1 mm3/h(G. duebeni).

5. Die Veränderungen des O2-Verbrauchs nach einem sprunghaften Salinitätswechsel und der zeitliche Ablauf der Salzgehaltsanpassung wurden unter vergleichenden Gesichtspunkten untersucht. In Abhängigkeit von der Salinitätstoleranz der einzelnen Arten erfolgte eine Überführung von 10 ‰ in 30 ‰, von 30 ‰ in 45 ‰, von 30 ‰ in 10 ‰ und von 10 ‰ in 3 ‰.

6. Bei einem Wechsel aus verdünnten in konzentriertere Medien geht der Adaptationsprozeß wesentlich rascher vonstatten und ist mit geringeren Änderungen der Atmungsintensität verknüpft als bei Überführungen in umgekehrte Richtung. Die Anpassungszeiten bis zum Erreichen eines neuen, gleichbleibenden Stoffwechselniveaus liegen zwischen 3 und ungefähr 30 Stunden.G. duebeni verfügt über ein besseres Kompensationsvermögen als die anderen Arten, unter denenG. locusta die relativ geringste Regulationskapazität aufweist.

7. Bei Nahrungsentzug sinkt die Stoffwechselrate. Messungen anG. oceanicus haben ergeben, daß die Atmungsintensität nach 20–24 Stunden gegenüber den Ausgangswerten um ca. 15 % abfällt und sich auch innerhalb der folgenden 5 Tage nur unwesentlich verringert.

8. Der Aktivitätsstoffwechsel adulter Flohkrebse beträgt etwa das 2 1/2–3fache des Ruheumsatzes. Unter Grundumsatzbedingungen kann eine ausgeprägte Rhythmik der Ventilationsbewegungen der Pleopoden zutage treten.

9. Während der Häutung nimmt die O2-Aufnahme um das 2,2- bis 3,9fache des mittleren Normalverbrauchs zu. BeiG. locusta wurden die höchsten, beiG. duebeni die niedrigsten Stoffwechselsteigerungen verzeichnet.

10. Verschiedene stoffwechselphysiologische Aspekte, insbesondere das Problem der Salzgehaltsanpassung und der damit verbundenen osmo- und ionenregulatorischen Prozesse, werden diskutiert. Die Stoffwechselleistungen der einzelnenGammarus-Arten werden verglichen und zu ihren Umweltansprüchen in Beziehung gesetzt.

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  1. Biologische Anstalt Helgoland (Zentrale), Hamburg 50, Bundesrepublik Deutschland

    H. -P. Bulnheim

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  1. H. -P. Bulnheim
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Bulnheim, H.P. Vergleichende Untersuchungen zur Atmungsphysiologie euryhaliner Gammariden unter besonderer Berücksichtigung der Salzgehaltsanpassung. Helgolander Wiss. Meeresunters 23, 485–534 (1972). https://doi.org/10.1007/BF01625297

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  • DOI: https://doi.org/10.1007/BF01625297

Helgoland Marine Research

ISSN: 1438-3888

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