Crustacean zooplankton dynamics in Lake Redon: a stoichiometric, biochemical and isotopic approach

Abstract

[eng] The aim of this thesis was to describe the life history variability of the assemblage of crustacean zooplankton in Lake Redon, with special emphasis in their life-cycles, ecological characteristics and their trophic relationships. The end of the ice-covered period was the key limnological feature characterising the timing of the life-cycles in the three species (the calanoid copepod Diaptomus cyaneus, the cyclopid copepod Cyclops abyssorum and the cladoceran Daphnia pulicaria). Comparison of the stoichiometric composition of the three species and those of seston revealed that Daphnia had a higher phosphorus proportion than seston, and the two copepods a higher carbon and nitrogen than Daphnia and seston. It is suggested that Daphnia was limited by phosphorus availability. However, Daphnia abundance was negatively correlated with Cyclops biomass, suggesting that predation of the latter on the former might also be a relevant factor. In the three species, reproduction was the main cause of elemental variability, whereas growth had little influence. Females of the three species lost from 32 to 48% of their initial individual C and H content during reproduction, which corresponded to a similar decrease in their lipid and carbohydrate content. N content did not change in any of the three species; nor did protein and chitin content. Daphnia and Diaptomus lost 35% and 56%, respectively, of their initial P content during reproduction, while Cyclops' P content did not change. Variability in the elemental composition of these species is thought to be general of food-independent reproduction species. Inter-species differences in amino acid composition were three-fold larger than intra-specific variation (75.3 and 24.7%, respectively). The two copepods had a more similar composition to each other than the cladoceran irrespective of their seasonal and ontogenic changes. Although the three species found had distinct isotopic signatures, being the two copepods one trophic level above the cladoceran, there were high intra-specific isotopic variations. Daphnia delta-13C and delta-15N shifted from an enriched to a more depleted signal. Cyclops copepodites also presented an isotopic shift which was different for carbon and nitrogen. The nitrogen isotopic fractionation of between Cyclops and Daphnia was directly related with their amino acid differentiation, which is interpreted as an evidence of Cyclops amino acid limitation.

[cat] L'objectiu d'aquesta tesi era descriure la variabilitat en les històries de vida de les tres espècies de crustacis que formen el zooplàncton de l'estany Redon. S'ha fet especial èmfasi en la utilització de tècniques que donessin una informació de la condició fisiològica i de l'assimilació de nutrients de les espècies directament al camp. La durada de la coberta va ser la característica limnològica que més va marcar la temporalitat en els cicles de vida de les tres espècies de crustacis (Daphnia pulicaria, Cyclops abyssorum i Diaptomus cyaneus). El seguiment d'aquestes espècies durant un període continuat de cinc anys va permetre descriure'n les seves característiques ecològiques principals, incloent-hi determinats aspectes de les seves històries de vida. Tant la Daphnia com el Cyclops presentaven una correlació negativa entre la seva mida màxima i la densitat interanual, indicant que hi havia una interacció intraespecifica denso-dependent. La comparació de la composició estequiomètrica de les tres espècies amb la del sèston va mostrar que la Daphnia tenia una major proporció de fósfor que el sèston i els copèpodes tenien més carboni i nitrogen que el sèston i la Daphnia. Es conclou que la Daphnia pot estar limitada pel contingut de fòsfor i els dos copèpodes pel de nitrogen. Per poder establir una relació directa entre la composició estequiomètrica del zooplàncton i la seva composició bioquímica, es va fer una cerca bibliogràfica de la composició estequiomètrica dels principals compostos bioquímics de diferents espècies representatives dels principals grups taxonòmics del zooplàncton marí i d'aigua dolça. Es va concloure que els principals compostos bioquímics (triacilglicerol, ceres, fosfolípids i proteïnes) tenien una composició estequiomètrica molt constant, i per tant es concloïa que la variació estequiomètrica observada en les diferents espècies de zooplàncton era deguda a variacions en les proporcions relatives dels compostos bioquímics majoritaris. En les tres espècies de l'estany Redon, la principal font de variació en la composició elemental era l'esforç reproductor. Aquesta característica es creu que és pròpia d'espècies que tenen desacoblada l'obtenció d'aliment del moment en què es reprodueixen. En les tres espècies va suposar una reducció del contingut de carboni i d'hidrogen d'entre el 32% i el 48%. En canvi, només la Daphnia i el Diaptomus van reduir el seu contingut de fòsfor en una proporció similar al del carboni i l'hidrogen. El Cyclops va mantenir el contingut de fòsfor constant. El nitrogen va ser l'únic element que no va canviar en cap de les tres espècies. Aquests canvis en la composició elemental corresponien a canvis en la composició bioquímica, especialment de lípids i glúcids. El contingut de proteïna i de quitina es va mantenir constant. D'una manera similar, el contingut aminoacídic va variar molt poc en les tres espècies. El 75% de la variació en la composició aminoacídica corresponia a diferències interespecífiques. Els canvis estacionals en la composició d'isòtops estables de carboni i nitrogen (delta-13C i delta-15N) van mostrar que les tres espècies tenien un senyal isotòpic diferent, els dos copèpodes estaven un nivell tròfic per sobre el cladòcer. El senyal de delta-13C i delta-15N de la Daphnia va canviar: de ser més enriquida va passar a més empobrida, reflectint un canvi en la dieta. Els copepodits de Cyclops també presentaven un canvi isotòpic associat a un canvi de dieta amb l'ontogènia, tot i que el canvi en Cyclops no era igual per a ambdós isòtops. El fraccionament isotòpic de nitrogen entre el Cyclops i la Daphnia estava directament relacionat amb la distància en la seva composició aminoacídica, que s'interpreta com una evidència d'una limitació aminoacídica en el consumidor.