Kraamkamers en fourageergebieden

Dit cluster richt zich op de structuur en dynamiek van macrozoobenthos-populaties in het getijdegebied. Onze interesse richt zich vooral op trofische interacties, predator-prooi relaties en op de factoren die de aanwas van het macrozoobenthos bepalen. Schattingen van geboorte, sterfte en migratie als gevolg van morfologische, fysiologische en gedragskenmerken van individuen worden in verband gebracht met veranderingen in de leefomgeving zoals voedselbeschikbaarheid, de aanwezigheid van concurrenten en predatoren, en het abiotische milieu. Het werk omvat onderzoek naar de voedselrelaties tussen de primaire producenten (fytoplankton en het fytobenthos) en primaire consumenten (tweekleppigen) in ondiepe wateren zoals de Waddenzee, naar de vestiging, groei en overleving van het juveniele benthos en naar de investering van energie in voortplanting gecombineerd met eco-fysiologische laboratoriumexperimenten om de soortspecifieke condities voor groei en overleving te bepalen. Dit onderzoek wordt conceptueel benaderd vanuit de populatiegenetica, evolutie-ecologie, populatie-dynamica en voedselweb-dynamica.

Het continentale plat en open oceaansystemen: bronnen van biodiversiteit

Dit onderzoekscluster richt zich op de vraag hoe de omgeving nabij de zeebodem de opbouw en het functioneren van bodemecosystemen beinvloedt en, omgekeerd, hoe bodemecosystemen de condities in de onderste lagen van de waterkolom en toplaag van de bodem bepalen. Het werkgebied omvat voornamelijk de Nederlandse kustzone, de Noordzee en de open oceaan, waar bodemlanders, bodemcamera's, autonome monsterapparatuur en sedimentvallen worden geplaatst om gedurende langere tijd met hoge frequentie waarnemingen te verrichten. De sedimentvallen worden gebruikt om de periodiciteit in hoeveelheid en samenstelling van het voedsel te bepalen dat het bodemsysteem uit de waterkolom ontvangt. Door de genomen monsters te analyseren op de samenstelling van vetzuren en/of stabiele isotopen (¹³C en ¹⁵N) worden groeiomstandigheden en voedselrelaties ontrafeld om zo de relatie tussen structuur en functie van het bodemsysteem te leren begrijpen.

Kanoet (foto: Jan van de Kam)

Dit cluster wil een mechanistische en evolutionaire visie ontwikkelen op de verspreiding en de aantallen van kustpredatoren, met name van de migrerende kustvogels die gedurende een jaar geografisch verschillende kustgebieden bezoeken. Dit vergt een brede aanpak, varierend van een nauwkeurige beschrijving van de voedselomstandigheden voor vogels over verschillende ruimte- en tijdschalen (van kustsysteem tot wereldwijde vergelijkingen), kennis over hoe vogels hun voedsel kiezen en over het effect van hun predatie op het functioneren van voedselwebs in het intergetijde gebied, tot het begrijpen van de lichamelijke aanpassingen die vogels kunnen ondergaan voor het optimaal functioneren in hun natuurlijke leefomgeving (fenotypische flexibiliteit). De groep maakt gebruik van telemetrische technieken en het experimentele en veldwerk is stevig ingebed in (gedrags-)ecologische theorien.

Dr Katja Philippart:

“Het begint allemaal bij de basis”

Micro-algen, als zwevend fytoplankton of als microfytobenthos dat in en op de bodem leeft, staan aan de basis van het leven in de Waddenzee. Dit zijn namelijk de organismen die de energie van het zonlicht weten om te zetten in biologisch materiaal (de algencellen) dat vervolgens als voedselbron kan dienen voor andere organismen, zoals het zoöplankton en schelpdieren. Wij willen weten hoe de groei van deze eencellige algen wordt bepaald door de beschikbaarheid van voedingsstoffen en licht, en door omgevingsvariabelen als temperatuur en zoutgehalte. We zijn met name geinteresseerd hoe het samenspel van deze factoren de soortensamenstelling bepaalt van de populatie micro-algen. We hebben sterke aanwijzingen dat een verandering in de beschikbaarheid van voedingsstoffen leidt tot een verschuiving in de soortensamenstelling. In een volgende stap willen we achterhalen of deze verschuiving consequenties heeft voor de organismen die op de micro-algen 'grazen'. We zijn dan met name geinteressseerd in de verschillende ontwikkelingsstadia van zogenaamde 'filter-feeding'-tweekleppigen, schelpen die water moeten filtreren om aan hun voedsel te komen. Hiertoe verrichten we experimenten in het laboratorium, maar doen we ook veldmetingen, waarvan sommige geautomatiseerd plaatsvinden over een lange periode.

Op deze wijze proberen we inzicht te krijgen in de draagkracht van de Waddenzee (hoeveel biomassa kan er in de Waddenzee leven zonder dat het systeem wordt uitgeput of anderszins wordt aangetast), en hoe deze zal of kan verschuiven als gevolg van beleid en van 'global change'.

Professor Jaap van der Meer:

“Veranderingen in lichaamsgrootte kunnen cruciaal zijn”

Klassieke populatiemodellen die gebaseerd zijn op volwassen individuen van constante grootte zijn nauwelijks toepasbaar op mariene ecosystemen. Om de constante veranderingen in lichaamsgrootte tijdens het leven van evertebraten en vissoorten op juiste wijze mee te laten wegen zijn dynamische modellen vereist, zoals die welke gebaseerd zijn op de 'Dynamic Energy Budget'-theorie. Wij bestuderen de verschuivingen die optreden in de relaties tussen een consument en zijn levensbehoeften in afhankelijkheid van individuele lichaamsgrootte. Hoe worden energiestromen bepaald door grootte? Hoe wordt predatie bepaald door de grootte van predator of prooi en, een stapje verder nog, hoe wordt vervolgens de populatieopbouw van organismen bepaald door lichaamsgrootte?

Middels dit onderzoek proberen we een beter inzicht te krijgen in de populatiedynamica van mariene predatoren en hun prooi, zoals evertebraten in het intergetijde-gebied.

Dr. Pieternella Luttikhuizen:

“In zee is alles toch niet overal”

'Alles is overal'. Zo hebben we lang gedacht over het leven in zee. Maar zelfs zonder fysieke barrières die een belemmering vormen voor de verspreiding van zwemmende larven, zijn de verschillen tussen populaties op kleine schaal veel groter dan verwacht. Onze groep bestudeert de populatie-genetische structuur van verschillende benthische evertebraten, waaronder tweekleppigen, ringwormen en garnalen. Door een combinatie van moleculaire en statistische technieken proberen we te herleiden hoe het samenspel van de geologische geschiedenis van een gebied en de biologische eigenschappen van een soort deze genetische structuur heeft gevormd en nog steeds in stand houdt. We gebruiken moleculaire identificatie-technieken om de verspreiding van cryptische soorten in kaart te brengen; soorten die door middel van traditionele methoden slecht uit elkaar te houden zijn. Uiteindelijk willen we weten hoe een gegeven populatie-genetische structuur bepalend kan zijn voor het ecologische functioneren van populaties. Dit doen we door morfologische en fysiologische eigenschappen te bestuderen. In het veld beschrijven we de verdeling van deze eigenschappen en in het laboratorium onderzoeken we hun vererfing en hun aanpassingsvermogen.

Dr. Henk van der Veer:

“Vispopulaties vormen de lakmoestest voor kustsystemen”

Kustsystemen vormen belangrijke kraamkamers voor vissoorten en de omvang en diversiteit van visgemeenschappen wordt dan ook vaak gezien als een afspiegeling van het functioneren van deze kustsystemen. Wij bestuderen de processen die bepalend zijn voor het functioneren en daarmee voor de draagkracht van kustsystemen zoals de Waddenzee. Wat is het belang van de kwaliteit en beschikbaarheid van voedsel voor de productiviteit van het systeem ('bottom-up' sturing).  Wordt de omvang van vispopulaties beperkt door voedselbeschikbaarheid? Structureert de visfauna door predatie de populaties van hun prooidieren ('top-down' sturing)? De basis voor ons onderzoek wordt gevormd door een unieke, continue meetserie van 50 jaar fuikvangsten, waarmee we lange-termijn verschuivingen ('regime shifts') op het nivo van ecologische gemeenschappen kunnen vaststellen. De schol, een bodembewonende platvis, wordt daarbij gebruikt als modelorganisme voor detailstudies. We stellen vast welke prooi wordt genuttigd en wat het effect is van deze predatie op de structuur van de bodemgemeenschap. Daarnaast proberen we de vastgestelde groei van schollen terug te rekenen naar energiebehoefte op basis van de Dynamic Energy Budget-theorie en zetten dat af tegen de theoretisch maximaal mogelijke groei. Op deze wijze proberen we de groeiefficiëntie vast te stellen en de vraag te beantwoorden of de groei van schol beperkt wordt door voedselbeschikbaarheid en -kwaliteit.

Dr. David Thieltges:

"Parasieten kunnen een belangrijke ecologische factor zijn"

In zee komen veel parasieten voor en er komen steeds meer aanwijzingen dat parasieten een belangrijke rol spelen in de ecologie van mariene ecosystemen. Wij proberen de omvang en het belang van parasitisme op verschillende ruimte- en organisatieschalen in kustwateren te begrijpen. Met behulp van correlatieve en experimentele benaderingen, bestuderen we de effecten van parasieten op de individuele gastheer, op populaties en op gemeenschappen om te begrijpen hoe parasieten de structuur en de dynamiek van mariene voedselketens beinvloeden. Een andere lijn van onderzoek richt zich op het herkennen van de patronen en het begrijpen van de processen die tot infecties leiden van de mariene gastheer. Zo is gebleken dat de temperatuur een belangrijke trigger is voor trematode parasieten, hetgeen belangrijke consequenties kan hebben in het licht van klimaatverandering. Tot slot bestuderen we grootschalige patronen in parasitisme met behulp van uitgebreide databases en fylogenetische, biogeografische en macroecologische benaderingen om te begrijpen hoe parasitisme in zee is ontstaan en kan voortbestaan.

Met dank aan Hans Hillewaert, Network3D Software

Magda Bergman en Rob Witbaard

“Met onze benthos-schaaf kunnen we nu op een betrouwbare manier organismen bemonsteren die verspreid voorkomen”   

Voor de meeste commercieel interessante diersoorten die in of nabij de zeebodem leven geldt dat er maar weinig bekend is over hun relaties met de leefomgeving. Wij richten ons op een aantal geselecteerde soorten en gemeenschappen en proberen hun groei en verspreiding te relateren aan de omstandigheden in de waterkolom en de voedselrelaties. Op deze wijze proberen we waargenomen verschuivingen in het (bodem-)ecosysteem te begrijpen als gevolg van bijvoorbeeld visserijdruk of klimaatverandering. Sinds kort onderzoeken we ook het effect van gesloten gebieden, zoals windparken op zee, op het herstel, de bescherming en de duurzaamheid van bodemecosystemen.

Om onze vragen te kunnen beantwoorden moeten we soorten bemonsteren die lang leven en in lage dichtheden voorkomen op de zeebodem. Hiertoe hebben we de zogenaamde 'Triple-D' benthos-schaaf ontwikkeld, waarmee we op kwantitatieve wijze 20m² zeebodem over een diepte van 0-20 cm kunnen bemonsteren. Alleen zo kunnen we betrouwbare schattingen maken van soorten die in lage dichtheden voorkomen.

Om dichtheden en de vestiging van larven op de bodem te bestuderen passen we intelligente bodemlanders toe. Hiermee kunnen we met hoge frequentie en op gezette tijden de vrijzwemmende stadia van bodemdieren bemonsteren. Een vergelijkbare techniek wordt toegepast om de leefomstandigheden nabij de bodem in kaart te brengen, zoals de stroomsnelheid, het opwervelen van de bodem en de voedselbeschikbaarheid. Middels deze technieken proberen we inzicht te krijgen in processen die bepalend zijn voor de verspreiding en de overlevingskans van bodemdieren in de diepere getijzone.

Gerard Duineveld en Marc Lavaleye

“De diepzee als bron van leven”

Over de continentale helling naar de diepzee vindt een sterk verloop plaats in milieu-omstandigheden zoals temperatuur, druk, en voedselbeschikbaarheid. Deze door de bank genomen redelijk constante en voorspelbare omgeving wordt met enige regelmaat verstoord door 'catastrofale' gebeurtenissen; voedsel 'dumps', benthische stormen en bodemverschuivingen. Het is niet of nauwelijks bekend hoe dieren uit de diepzee omgaan met deze omstandigheden in termen van voedselopname, interacties met andere organismen en verspreiding. Ook is er nog maar weinig bekend over het belang van de hoge biodiversiteit in diepzeebodems voor het functioneren van de diepzee. Dit laatste onderzoeken wij in internationaal verband door verschillende locaties in de Middellandse Zee en in de Atlantische Oceaan met elkaar te vergelijken. Daarnaast gaat onze aandacht uit naar de diepzee-koraalriffen die worden gebouwd door koudwaterkoralen. Deze riffen komen overal in de Atlantische Oceaan voor op een diepte tussen de 200 en 1000 meter. Zij fungeren als een buffer voor biodiversiteit, als kraamkamer voor vis en als een hotspot voor de afbraak van dood organisch materiaal. Dit onderzoek vindt plaats in Europese context en in nauwe samenwerking met collega's uit de VS. Nieuwe technieken, zoals (on-)bemande onderzeeërs en 'intelligente' bodemlanders, worden ontwikkeld en ingezet om de structuur en het functioneren van het rif en haar afzonderlijke bewoners te bestuderen.

Kees Camphuysen:

“De visserij kan het de zeevogels gemakkelijk maken, maar kan ze ook bedreigen”

Onze groep bestudeert de verspreiding en het voedingsgedrag van mariene top-predatoren, waarbij de nadruk ligt op zeevogels en zeezoogdieren. In veel gevallen bestaat er een verband met de visserij, door facilitatie (teruggooi van vangst, overbevissing), door competitie (uitputting van de prooidierstand), of door directe bedreiging (bijvangst). We nemen deel aan internationale projecten (soms door onszelf georganiseerd) om de effecten van teruggooi en industriele visserij sinds de vroege 90-er jaren op de zeevogelstand van de Noordzee te achterhalen.

Naast dit werk op open zee worden op het land studies verricht aan kolonies van broedende zeevogels. Hier bestuderen we het voedingsgedrag en de consequenties van het broedsucces, groei, aanwas en overleving op de opbouw van de populatie; dit alles tegen de achtergrond van een veranderende leefomgeving en het visserijbeleid. In een gemengde kolonie van Zilvermeeuwen en Kleine Mantelmeeuwen worden zowel basale biologische technieken toegepast zoals het opnemen van de biometrie van vogels, een analyse van uitgebraakte voedselresten, kleurringstudies, alsook zeer moderne technieken waaronder het aanbrengen van GPS dataloggers op fouragerende en migrerende individuen.

Professor Theunis Piersma:

“Onze studies tonen aan dat vogels sterke ecologische schakels vormen in een internationale keten"

Voortbouwend op een halve eeuw van Nederlandse observaties en experimenteel onderzoek aan vogels, zijn de kustvogels uit het getijdegebied onze modelorganismen geworden voor gedragsstudies en het onderzoek naar de trofische ecologie van kustsystemen. Ons werk baseert zich mede op de jaarlijkse 'Synoptic Intertidal Benthic Survey' (SIBES), een inventarisatie van veranderingen in het 'resource landscape' voor kustvogels. Voor het intergetijde van de gehele Waddenzee proberen we relaties te vinden tussen het voorkomen van benthische evertebraten en de kustvogels die zich met deze soorten voeden. Naast de Kanoetstrandloper die zich voedt met weekdieren, richten we ons nu ook op een omnivore soort met een vergelijkbare levensloop, de rosse grutto. Miniatuur-zenders worden gebruikt om individuen te volgen op hun tocht door verschillende landschappen die de vogels op verschillende wijze in hun levensbehoeften voorzien. We volgen herkenbare populaties op hun jaarlijkse tocht van de Arctische gebieden via de Waddenzee naar West Africa. Dit onderzoek aan de 'East Atlantic Flyway' maakt deel uit van een wereldwijde samenwerking die bekend staat onder de naam 'Global Flyway Network'. In samenwerking met de Rijks Universiteit Groningen willen we een lange-termijn, longitudinaal demografisch programma voor kustvogels opzetten, het zogenaamde 'Shorebird LifeLines' programma. Deze internationale programma's zullen ons inzicht verschaffen in de effecten van een snel veranderende wereld op vogels en hun ecosystemen.

Foto's: Jan van de Kam

Dr Jan van Gils

"Het verlies van predatoren is meer dan slechts het verkorten van de voedselketen."

In de huidige biodiversiteitscrisis zijn predatoren vaak de eerste organismen die uit ecosystemen verdwijnen. Het verlies van predatoren versnelt vaak het verlies aan andere soorten, omdat predatie meestal  een gunstige invloed heeft op de verscheidenheid in een ecosysteem. Het wegvangen van prooien vermindert de onderlinge competitie tussen prooisoorten waardoor er meer ruimte ontstaat voor competitief zwakkere soorten. Door dit mechanisme kunnen predatoren sturend zijn voor de structuur en het functioneren van een voedselweb. Deze rol van predatoren in ecosysteem wordt onderschat, simpelweg omdat de meeste ecosystemen allang geen predatoren meer hebben of omdat menselijke activiteiten in een gebied de predatie-effecten vaak teniet doen. Tot nu toe is er helemaal geen aandacht geweest voor de sturende rol van migrerende predatoren die slechts tijdelijk aanwezig zijn binnen verschillende systemen. De centrale hypothese voor ons onderzoek is dat een afname van migrerende predatoren als gevolg van menselijk handelen in één gebied leidt tot top-down veranderingen in het voedselweb in een ander, ogenschijnlijk onverstoord gebied, met migrerende predatoren als de verbindende schakel.

            Deze hypothese toetsen we aan schelpdieretende wadvogels in intergetijde gebieden, met de nadruk op de onverstoorde Banc d’Arguin (Mauritanië). Onderweg van en naar de Banc d’Arguin doen deze wadvogels de Nederlandse Waddenzee aan, een gebied dat veel van zijn ecologische waarde heeft verloren als gevolg van menselijke activiteiten (bijv. schelpdiervisserij). Door deze ‘bottleneck’ op hun trekroute zijn een aantal soorten migrerende wadvogels sterk in aantal verminderd. De centrale vraag is dan ook of waargenomen veranderingen in de benthische levensgemeenschap op de Banc d’Arguin ‘domino effecten’ zijn van het menselijk handelen in de Waddenzee via migrerende wadvogels. Sinds kort loopt er een vergelijkbaar projekt aan krabplevieren in Barr al Hikman (Oman).

Middelste foto: met dank aan Jan van de Kam

Het Metawad project

De Waddenzee is een ecologisch waardevol gebied dat niet op zichzelf staat. Jaarlijks maken er naar schatting 10-12 miljoen vogels gebruik van het wad.

Een substantieel deel hiervan zijn trekvogels die alleen op heen- en terugreis tussen een beperkt aantal tropische waddengebieden en de Arctische toendra in het waddengebied voorkomen. Ze zijn volledig afhankelijk van rust en voedsel die ze in de Waddenzee kunnen vinden; zonder de Waddenzee redden deze populaties trekkende wadvogels het niet omdat er geen alternatieve lokaties zijn waar ze zich voor kunnen bereiden op het vervolg van hun reis.

Dit betekent dat vanuit het perspectief van trekvogels, de Waddenzee geen op zichzelf staand ecosysteem is, maar onderdeel is van een wereldwijd netwerk van ecosystemen, een zogenaamd meta-ecosysteem.

De laatste jaren bevindt het Waddenzee-deel van dit meta-ecosysteem zich in een onvoldoende staat van instandhouding. Het Natuurherstelprogramma moet er voor zorgen dat de oorspronkelijke natuurwaarden weer hersteld worden.

Een effectief herstel van de essentiële natuurwaarden zal moeten resulteren in veranderingen in het gebruik van de voedselbronnen (o.a. de in en op de wadbodem levende wormen en schelpdieren) door vogels, en uiteindelijk in via een verbeterde voortplanting en overlevingskansen van de vogels naar een herstel van het aantal wadvogels.

Wij proberen de doelen inhoud te geven door diepgaand lange-termijn onderzoek aan verspreiding, geboorte en dood van vijf karakteristieke trekvogels van het wad. Daarbij staat de Kanoet voor een gespecialiseerde schelpdiereter, de Rosse Grutto voor een wormeneter, de Drieteenstrandloper voor een garnaaltjes-eter van zandig wad en strand, de Lepelaar voor een garnalen- en platvisjes-eter van slenken en geulen, en de Rotgans voor een grazer op wad en kwelder.

Lees verder op de Metawad-website