Otolithen - Frank Hartmann

l
e
i
t
u
n
g
Praktikum:
Methoden der Biologischen Ozeanographie
und Fischereiwissenschaft:
Otolithen (1) - Jahresringe
In der Fischereibiologie ist die Altersbestimmung ein Verfahren, um
populations-dynamische Parameter zu ermitteln. z.B. :
• Erstellung von Längen-Alters-Schlüssel und
• Wachstumsfunktionen
• Berechnung von Mortalität und
• optimalen Ertrag
• Längenrückberechnung
Ansätze zur Altersbestimmung bei
Fischen
• empirisch (Beobachtung; Markierungsexperimente)
Hartstrukturen, die Jahresringe ausbilden
• Otolithen
• Schuppen
• statistisch (z.B. anhand v. Längenhäufigkeitsverteilungen)
• Querschnitte von Wirbeln
• anatomisch (anhand von Hartstrukturen)
• Kiemendeckel
• Querschnitte von Flossenstrahlen
1
Otolithen
Otolithen sind mineralisierte Ablagerungen im
inneren Ohr von Fischen (außer Haie, Rochen
und Neunaugen)
Inneres Ohr: häutiges Labyrinth
Lage:
innerhalb des Schädels zu beiden Seiten des
hinteren Gehirnbereichs
Bestandteile:
- zentraler sackartiger Utriculus mit Lapillus
- 3 Bogengänge
- Sacculus mit Sagitta; Lagena mit
Asteriscus
Funktionen:
- Kanäle und Utriculus: vestibuläre
Sinnesorgane
- Sacculus und Lagena: überwiegend
Schallwahrnehmung (Kästner 1991)
2
Otolithen: Morphologie -1
Pro Fisch 3 Paare von morphologisch
unterschiedlichen Otolithen
• Sagittae
• Lapilli
• Asteriscii
Gewöhnlich werden die größeren
Sagitten zur Altersbestimmung
verwendet.
Otolithenpaare von Gadus morhua im Größenvergleich
Morphology
of a typical
sagittal otolith
(Schellfisch/
haddock)
evident in top
and bottom
views with
SEM
3
Otolithen: Morphologie -2
4
Otolithen: Morphologie –3
Artspezifische Form der Otolithen, insbesondere der Sagitten :
5
Otolithen – Zusammensetzung und Jahresringbildung
Otolithen-Bestandteile
• Aragonit (rhombisch kristalline Modifikation von Calciumkarbonat)
• Otolin (hochmolekulares Eiweiß; Molgewicht > 150.000)
In den Sommermonaten führt ein gutes Nahrungsangebot zu einer
gesteigerten Zuwachsrate mit einer gleichzeitig erhöhten AragonitEinlagerung
= breiter Sommerring
Bei geringem Nahrungsangebot, wie in unseren Breiten im Winter, reduziert
sich die Kalkeinlagerung, und ein höherer Anteil Otolin wird deponiert
= schmaler Winterring (=Annulus)
Lupenansicht
Ring
Ringweite
Otol.-Material
Zonen-Typ
Auflicht
Durchlicht
Sommerzuwachs
Breit
Kompakt,
optisch dicht
opak
hell
dunkel
Winterzuwachs
(=Annulus)
schmal
Translucent,
durchscheinend
hyalin
dunkel
hell
6
Jahresringe – Beispiel: Dorschotolith im Querschnitt
7
Lagebeziehung Sulcus - Nukleus
Zusammenhang zwischen Fischlänge
und Otolithengrösse
Direkter proportionaler
Zusammenhang zwischen der
Wachstumsrate von Fischen und
dem Längenzuwachs von Otolithen
8
Regeln und Hinweise zur Altersbestimmung an Otolithen
1.
Das Alter ergibt sich aus der Anzahl der Annuli (hyaline Winterzonen) unter Beachtung
der Regel 2
2.
Nach internationaler Übereinkunft ist der 1. Januar der “Geburtstag der Meeresfische”
der nördlichen Hemisphäre. D.h. bei Fischen, die vor dem 1. Januar gefangen wurden,
wird ein äußerer hyaliner Ring nicht mitgezählt. -> Fangdatum
3.
Echte/falsche Annuli: Echte Annuli bilden einen vollständigen, deutlichen und
einheitlichen Ring um den Otolithenkern
4.
Die Sommerzuwachse (opake Zonen) zwischen den Annuli werden zum Rand des
Otolithen kontinuierlich enger. Dieses Muster bei der Beurteilung der Annuli
berücksichtigen.
5.
Checks: Hyaline Zwischenringe können in den opaken Zonen liegen. Sie werden durch
verschiedene Umweltveränderungen oder physiologische Änderungen (z.B. Laichring)
verursacht und werden vernachlässigt.
6.
Doppelringe können während einer Wintersaison gebildet werden. Sie bestehen aus
zwei dicht aneinanderliegenden hyalinen Zonen und repräsentieren einen Annulus.
9
Präparation-1
• Frontaler oder transversaler Schnitt in die
Schädelkapsel
• Beide sagittale Otolithen mit Pinzette
entnehmen
• Otolithen mit Wasser oder den Fingern
reinigen
• In beschrifteten Papierumschlag bringen
10
Präparation-2
Altersbestimmung von Otolithen je nach Dicke und Beschaffenheit
• unbehandelt
• aufgehellt (Alkohol,
Glyzerin, Xylol etc.)
• geschliffen
• geschnitten
• gebrochen
• gebrannt (Crackand-burn Methode)
• gefärbt
• geätzt
Annuli durch die „crack and burn“-Methode
sichtbar gemacht
12
Praktische Übungen und Aufgaben 1-3
1. Wittling (Merlangius merlangus) - Otolithen bereits herauspräpariert
Dorsch (Gadus morhua)
- Otolithen liegen vor
Aufgabe: Crack and burn – Methode erlernen
Aufgabe: Alter bestimmen u. Längen-Alters-Tabelle/Graph erstellen
2. Seelachs (Pollachius virens)
- Dauerpräparate; BFA-Leihgabe –
gesägt (ca. 0,2 mm) und in Platten gegossen
Aufgabe: Alter lesen und protokollieren. Eine Platte pro Student.
Aufgabe: Eigene Ergebnisse mit den professionellen Alterslesungen aus den BFAProtokollen vergleichen. Trefferquote ermitteln.
3. Kliesche (Limanda limanda)
– Dauerpräparate
Westliche Ostsee, verschiedene Fangstationen, kompletter Jahresgang von Januar bis
Dezember (vergl. Bericht A.Temming)
Aufgabe: Validierung der Anlage von je 1 hyalinen und 1 opaken Ring pro Jahr
Bestimmung des prozentualen Anteils von opaken Außenringen pro Monat
(Zähltabelle mit Spalten: Monat, Datum, Station, Platte-nr., n-opak, n-hyalin, n-unklar,
%opak). Möglichst alle vorhandenen Otolithen pro Monat bearbeiten,
Grafik (Punktdiagramm: x-Achse=Zeit, y-Achse= %Anteil opaker Außenringe) erstellen
und Ergebnis in Protokoll diskutieren.
13
Aufgabe 4
4. Herbstlaichender Hering (Buchan-Hering)
Dauerpräparate, BFA-Leihgabe –
Wissenschaftliche WH-Beprobungen; Längenklassen: 13-30 cm
Herbstlaicher: Laichgeschäft August bis ca. November.
Aufgabe: Zentrum betrachten und Kernzone (hyalin) mit der Kernzone von
Frühjahrslaichenden Atlanto-Skandischen Heringen vergleichen.
Aufgabe: Bestimmung des Verhältnis Fischlänge zu Otolithendurchmesser.
Aus verschiedenen Längenklassen (je ca 20 Otolithen) den max Durchmesser durch
den Otolithenmittelpunkt bestimmen und diesen zur Fischlänge in Beziehung setzen
(Totallänge siehe BFA-Protokoll)
Kursbino mit Messokular, Image-Pro-System oder Optimas-System.
Aufgabe: Regression Otolithendurchmesser gegen Fischlänge bestimmen.
In welchem Verhältnis stehen die beiden Parameter zueinander?
Jährliche Wachstumsrate angeben.
14
Buchan Hering - Herbstlaicher
Winteraufenthalt:
Ab Okt. Wanderung Richtung
Skagerrak, dort Überwinterung bis
ca. April.
Freßphase:
Mai-Juli Aufenthalt in den
Weidegründen der nördlichen
Nordsee
Laichzeit und -gebiet:
Aug.-Nov. vor der schottischen
Nordseeküste
Die geschlüpften Heringslarven
überwintern driftend im Freiwasser
und entwickeln sich im Frühjahr fort.
15
Aufgabe 5
5. Frühjahrslaichender Hering (Atlanto-Skandischer H.)
Dauerpräparate, BFA-Leihgabe – Marktproben von kommerziellen Fischern
Geringes Größenspektrum: 30-35 cm.
Frühjahrslaicher: Februar bis März
Aufgabe: Längenrückberechnung durch Vermessung der Annuli-Radien:
An älteren, gut zu lesenden Otolithen durchführen.
Mindestens 1 Messreihe pro Student.
Mittels Bildvermessungsprogramm wird der Radius jedes Jahresrings auf der Achse
Nukleus – Post-Rostrumspitze bis zum Annulus gemessen.
Die Fischlänge wird den BFA-Originalprotokollen entnommen.
Weitere Erläuterungen zur Durchführung der Längenrückberechnung werden am Platz
während der Arbeiten gegeben.
16
Atlanto-Skandischer Hering - Frühjahrslaicher
Fressphase:
Während des Sommers im
Gebiet nordöstlich von
Island.
Laichwanderung:
Ab Dez. Laichwanderung
zur Norwegischen Küste
und dort Laichgeschäft:
Febr.-März
Danach wandert der Hering
wieder in die Norwegische
See
Die Heringslarven bleiben
zunächst im Küsten-bereich
und wachsen ohne Einlegen
einer Winterpause heran
17
Aufgabe 6
Hinweise zur Durchführung der Arbeiten:
• Alle Angaben von den Präparate-Platten auf den Protokollen vermerken.
• Achtung: Längenangaben in den BFA-Protokollen sind z.T. in ½ cm-Klassen !
Anfertigung und Abgabe der Protokolle bitte
Innerhalb der nächsten 2 Wochen
Gliederung:
• Einleitung
• Material und Methoden
• Ergebnisse
• Diskussion
• (Literaturliste)
18
Gruppeneinteilung
Gruppe
10-11
Uhr
11-12
Uhr
13-14
Uhr
14-15
Uhr
15-16
Uhr
16-17
Uhr
1.
Wittling
und
DorschOtolithen
2.
Seelachs–
Otolithen
3.
Kliesche
Otolithen
I
4. Hering (Herbstlaicher/Buchan)
5. Hering (Frühjahrslaicher/AtlantoSkandischer H.)
II
1.
Wittling
und
DorschOtolithen
2.
Seelachs–
Otolithen
3.
KliescheOtolithen
4. Hering (Herbstlaicher/Buchan)
5. Hering (Frühjahrslaicher/AtlantoSkandischer H.)
19
Roundfish-areas
Karten
ICES-areas
20
Sprotten Otolithen: Altersgruppen 1-6
Fangdatum März 2003, Alter: 1 Jahr
Fangdatum Aug..2002, Alter: 4 Jahre
Fangdatum Jan. 2003, Alter: 2 Jahre
Fangdatum: Jan. 2003, Alter: 3 Jahre
Fangdatum Mai 2002, Alter: 5 Jahre
Fangdatum Juli 2002, Alter: 6 Jahre
21
Schwer lesbare Sprotten Otolithen
HE168_Hol7_LK-09-06.tif
HE168_Hol7_LK-09-08.tif
AL217_T2-2_LK-09_04.tif
22