Dr. Georg Staaks

IGB, Abt.4,
Biologie und Ökologie der Fische 
12587 Berlin, Müggelseedamm 310

Forschungsgebiet:

Individuelle Temperatur- und Habitatpräferenz von Fischen

als Teil des F/E-Vorhabens 3.3:
Ökologische Faktoren bei der Artbildung von Fischen

Tel: (030) 64 181 625
Fax: (030) 64 181 682

oki@igb-berlin.de

OpenPGP-öffentlicher Schlüssel

Ökologische Faktoren bei der Artbildung von Fischen

In der Arbeitsgruppe um PD Dr. Thomas Mehner wird am Beispiel des Artenpaares Coregonus albula / Coregonus fontanae versucht die grundsätztlichen Mechanismen sympatrischer Artbildung anhand von Untersuchungen der Verteilung, tagesperiodischer Wanderung, der Ernährung, Physiologie und Lebensgeschichte zu ergründen. In enger Zusammenarbeit mit Jan Ohlberger wurden und werden ökophysiologische Untersuchungen zum Metabolismus der Arten in Abhängigkeit von Temperatur, Licht, Nahrungsdichte durchgeführt. Dazu werden experimentell ermittelte verhaltensbiologische Präferenzen mit physiologischen Optima verglichen und artspezifische Unterschiede ermittelt. Untersuchungen zum Wachstum bei verschiedenen Temperaturregimes, durchgeführt durch Susanne Schiller (Diplomandin) sollen helfen, die Hintergründe der täglichen Vertikalwanderungen aufzudecken.

Die Untersuchungen insgesamt sollen erklären, welche physiologischen und verhaltensbiologischen Unterschiede und Besonderheiten eine parallele Existenz beider Arten unter den Bedingungen hoher Konkurrenz im nährstoffarmen Stechlinsee ermöglichen und inwiefern diese funktionellen Unterschiede Triebkräfte einer Speziation waren und sind.

Weitere Untersuchungen zur möglichen Hybridisierung beider Arten sowie Paralleluntersuchungen am Artenpaar C. albula / C. lucinensis sollen helfen, die bisher gewonnenen Erkenntnisse und entwickelten Hypothesen zu überprüfen und zu verifizieren.

Methodisch zur Anwendung kommt dabei ein breites Spektrum an Versuchskombinationen von Temperaturgradienten-Becken, automatischer Videoanalyse von Schwimmverhalten, Schwimmtunnelrespirometrie und Functional-Response Versuchsdesigns.

Experimentelle verhaltensbiologische Untersuchungen zur tagesrhythmischen Aktivität und Temperaturpräferenz von Fischen

Die Temperatur steuert bei Poikilothermen als ultimater Faktor alle internen Energieumsätze. Gleichzeitig beeinfusst sie als proximater Faktor Migration, Wanderung und Habitatwahl vieler Fischarten. Die zeitliche und lokale thermische Diversität vieler Gewässer in gemäßigten Breiten erforderte eine Anpassung an teilweise starke thermische Veränderungen, so bildete sich im Laufe der Evolution bei vielen einheimischen Fischarten ein aktives thermoregulatorisches Verhalten heraus.

Durch den bereits ablaufenden und noch weiter zu erwartenden klimatischen Wandel werden auch Fische mit Änderungen des Temperaturregimes der Gewässer konfrontiert, die teilweise dramatische Auswirkungen auf die Überlebensfähigkeit, Ausbreitung und auch Evolution von Fischarten und Artengemeinschaften haben können.

Auf Basis dieser Überlegungen werden experimentelle Untersuchungen zur Temperaturpräferenz von Fischen durchgeführt. Dabei geht es sowohl um Grundlagen zu den Präferenzen einheimischer Fische und die Mechanismen thermoregulatorischen Verhaltens als auch Untersuchungen zu stoffwechselphysiologischen Konsequenzen, Akklimatisations- und Adaptionsprozessen, bis hin zu evolutionären Veränderungen.
Interessant ist z.B. bei 0+ Cypriniden die hohe Präferenztemperatur (29 - 32 °C), welche die These stützt, nach der juvenile Cypriniden unter unseren klimatischen Bedingungen im Wachstum eher temperatur- als nahrungslimitiert sind.

Derzeit stehen jedoch komplexere Fragen der Variabilität von Habitatwahl und Aktivitätsrate von Fischen in Abhängigkeit von Temperatur, Futterangebot und Sauerstoffsättigung im Mittelpunkt.
Unser spezielles Interesse gilt verhaltensökologischen trade-off-Mechanismen bei verändertem Energieangebot und / oder metabolischen Kosten durch wechselnde Temperaturen bzw. Veränderungen der Nahrungsverfügbarkeit. Damit bilden die Untersuchungen einen Baustein zum Erkennen von Mechanismen bei der Regulation von Biozönosen sowie zu ökologischen Mechanismen bei der Artbildung von Fischen. Ergebnisse belegten z.B. die Existenz eines in Hungerphasen einsetzenden trade-off-Mechanismus bei verschiedenen Arten. Dieser führt nach einem schwachen Aktivitätsanstieg zu einer drastischen Reduzierung der Schwimmaktivität und nachfolgend zu einer Absenkung der Präferenztemperatur.

Integrierte Erfassung und Analyse von verhaltens-biologischen und physiologischen Parametern am Fisch

Ein langfristiges Interesse besteht in der Erforschung verhaltensökologischer und ökophysiologischer Zusammenhänge und Funktionalitäten bei verschiedenen Fischarten unter möglichst natürlichen Haltungs- bzw. Lebensbedingungen. Dabei sind sowohl Daten zum Verhalten im Schwarm bzw. der Fischgemeinschaft als auch die individuelle Variabilität physiologischer und Verhaltensparameter bedeutend für das Erstellen begründeter Hypothesen und ihre Überprüfung.

Deshalb sind wir längerfristig methodisch darauf orientiert, sowohl die video- und computergestützte automatische Erkennung und Quantifizierung verschiedener Verhaltensweisen als auch die Entwicklung leistungsfähiger physiologischer Multiparameter-Telemetrie unter experimentellen, Aquakultur- bis hin zu Freilandbedingungen voranzutreiben.
Eine online-Untersuchung der Physiologie und des Verhaltens an freischwimmenden Fischen würde darüber hinaus zuverlässige Aussagen zu aktuellem Gesundheitsstatus und Fitness von Fischen erlauben. Die Analyse der individuenbasierten Messwerte erfolgt mit dem Ziel der Aufdeckung von Korrelationen, Abhängigkeiten und komplexen Mustern unter Einfluss externer und interner Faktoren.

Mit dem Mitte 2008 begonnenen, von der IBB im ProFIT-Programm geförderten Projekt "FischFIT-Monitoring" eröffnen sich hierzu grundlegend neue Perspektiven. Das Projekt wird geleitet von Dr. Daniela Baganz und durchgeführt gemeinsam mit Oliver Jauernig unter Beteiligung von Thomas Mehner, Henrik Zwadlo und Karena Kuntze und ist eine Kooperation zwischen dem IGB und den Projektpartnern Fraunhofer IZM, IASP an der HU-Berlin und der ELBAU GmbH Berlin.

Originalarbeiten

Meinelt, T.; Stueber, A.; Staaks, G.: Die Praktikabilitaet eines Embryo-Brut-Testes mit dem Zebrabaerbling (Brachydanio rerio Hamilton-Buchanan), dargestellt am Beispiel fischereilich genutzter Therapeutika. Fortschr. Fischereiwiss. 1992. vol. 10, pp. 111-133.

Anwand, K.; Staaks, G.; Valentin, M.: Two populations of Coregonus albula (Linnaeus, 1758) in Lake Stechlin (Germany, Brandenburg). Fish Fish. Res. 1996, vol. 1, 10 pars. Available at: http://www.lsoft.com/FFResearch/works1/reports/repo9601.html

Staaks, G. Experimental studies on temperature preference behaviour of juvenile cyprinids. Limnologica 1996 vol. 26, no. 2, pp. 165-177

Anwand, K.; Staaks, G.; Valentin, M.: Zwei unterschiedliche Formen von Coregonus albula L. (Teleostei, Coregonidae) im nordbrandenburgischen Stechlinsee (Deutschland). Z. Fischkd. 1997 vol. 4, no. 1-2, pp. 3-14

Krause, J.; Staaks, G.; Mehner, T.: Habitat choice in shoals of roach as a function of water temperature and feeding rate. Journal of Fish Biology 1998 vol. 53, no. 2, pp. 377-386.

Baganz, D.; Staaks, G.; Steinberg, C.: Impact of the cyanobacteria toxin, microcystin-LR on behaviour of zebrafish, Danio rerio. Water Res. 1998 vol. 32, no. 3, pp. 948-952.

Staaks, G.; Kirschbaum, F.; Williot, P.: Experimental studies on thermal behaviour and diurnal activity rhythms of juvenile European sturgeons (Acipenser sturio). J. Appl. Ichthyol. 1999 vol. 15, 243-247.

Van Dijk,P., Staaks,G. & Hardewig,I. 2002. The effect of fasting and refeeding on temperature preference, activity and growth of roach, Rutilus rutilus. Oecologia 130, 496-504.

Baganz,D., Staaks,G., Pflugmacher,S. & Steinberg,C.E.W. 2004. Comparative study of microcystin-LR-induced behavioral changes of two fish species, Danio rerio and Leucaspius delineatus. Environmental Toxicology 19, 564-570.

Baganz,D., Staaks,G., Pflugmacher,S. & Steinberg,C.E.W. 2004. Analysis of temporal pattern in swimming activity of two fish species (Danio rerio and Leucaspius delineatus) under chemical stress conditions. Advances in Ethology 38, 32.

Schmidt,K., Steinberg,C.E.W., Pflugmacher,S. & Staaks,G. 2004. Xenobiotic substances such as PCB Mixtures (Aroclor 1254) and TBT CAn influence swimming behavior and biotransformation activity (GST) of carp (Cyprinus carpio). Environmental Toxicology 19, 460-470.

Schmidt,K., Pflugmacher,S., Staaks,G. & Steinberg,C.E.W. 2005. Wirkung subakuter PCB-Exposition (Aroclor 1254) auf Sauerstoffverbrauch, Schwimmbewegung und Biotransformation (GST-Aktivität) des Karpfens (Cyprinus carpio). Umweltwissenschaften und Schadstoff-Forschung 17, 133-145.

Baganz,D., Siegmund,R., Staaks,G., Pflugmacher,S. & Steinberg,C.E.W. 2005. Temporal pattern in swimming activity of two fish species (Danio rerio and Leucaspius delineatus) under chemical stress conditions. Biological Rhythm Research 36, 263-276.

Schmidt,K., Steinberg,C.E.W., Pflugmacher,S. & Staaks,G. 2005. Influence of a xenobiotic mixture (PCB and TBT) compared to single substances on swimming behaviour or reproduction of Daphnia magna. Acta Hydrochimica et Hydrobiologica 33, 287-300.

Schmidt,K., Staaks,G., Pflugmacher,S. & Steinberg,C.E.W. 2005. Impact of PCB mixture (Aroclor 1254) and TBT and a mixture of both on swimming behavior, body growth and enzymatic biotransformation activities (GST) of young carp (Cyprinus carpio). Aquatic Toxicology 71, 49-59.

Ohlberger,J., Staaks,G., Van Dijk,P. & Hölker,F. 2005. Modelling energetic costs of fish swimming. Journal of Experimental Zoology A 303, 657-664.

Ohlberger,J., Staaks,G. & Hölker,F. 2006. Swimming efficiency and the influence of morphology on swimming costs in fishes. Journal of Comparative Physiology B 176, 17-25.

Schmidt,K., Pflugmacher,S., Staaks,G. & Steinberg,C.E.W. 2006. The influence of tributyltin chloride and polychlorinated biphenyls on swimming behavior, body growth, reproduction, and activity of biotransformation enzymes in Daphnia magna. Journal of Freshwater Ecology 21, 109-120.

Baganz,D. & Staaks,G. 2007. Assessment of the Hazard Potential of Environmental Chemicals by Quantifying Fish Behaviour. In: Advanced Environmental Monitoring (Ed. by Y.J.Kim & U.Platt), pp. 376-389. Heidelberg, Springer.

Meinelt,T., Staaks,J., Staaks,G., Stüber,A. & Bräunig,I. 2007. Antiparasitäre Effekte von Peressigsäure (PES) gegen infektiöse Stadien (Theronten) der Weißpünktchenkrankheit, Ichthyophthirius multifiliis in vitro. Deutsche Tierärztliche Wochenschrift 114, 383-386.

Ohlberger,J., Staaks,G. & Hölker,F. 2007. Estimating the active metabolic rate (AMR) in fish based on tail beat frequency (TBF) and body mass. Journal of Experimental Zoology 307A, 296-300.

Ohlberger,J., Staaks,G. & Hölker,F. 2007. Effects of temperature, swimming speed and body mass on standard and active metabolic rate in vendace (Coregonus albula). Journal of Comparative Physiology B 177, 905-916.

Ohlberger, J., Mehner, T., Staaks, G., Hölker, F. 2008. Is ecological segregation in a sympatric species pair of coregonines supported by divergent feeding efficiencies? Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 65 (10): 2105–2113.

Ohlberger, J., Mehner, T., Staaks, G. & Hölker, F. 2008. Temperature-related physiological adaptations promote ecological divergence in a sympatric species pair of temperate freshwater fish, Coregonus spp. Functional Ecology, 22, 501-508.

Buchbeiträge

Baganz, D.; Staaks, G.; Steinberg, C.: Changes of fish behaviour affected by microcystin LR. Cyanotoxins Occurrence, Causes, Consequences Chorus, I. (ed.) Berlin FRG Umweltbundesamt Federal Environmental Agency 2001 pp. 261-280.

Baganz, D., Staaks, G., Spieser, O.H., Steinberg, C.E.W.: How to use fish behaviour analysis to sensitively assess the hazard potentials of environmental chemicals. In: Butterworth, F.M., Gunatilaka, A., Gonseblatt, M.E. (Eds.): Biomonitors and Biomarkers as Indicators of Environmental Change, 2001, Kluwer Publ., New York, 2, 113-122.

Van Dijk,P., Staaks,G. & Hardewig,I. Effects of fasting on the allocation of energy in roach, Rutilus rutilus. 15, 1-12. 2002. Berichte des IGB.

Ohlberger,J., Staaks,G. & Hölker,F. Influence of morphology on swimming costs in fishes . 23, 127-138. 2006. Berichte des IGB.

Sonstige Arbeiten

Lieder, U.; Ramm, P.; Staaks, G.: Ueber das Prinzip des Wärmehaushaltes in Warmwasseranlagen zur Fischproduktion mit offenem Kreislauf. Fortschr. Fischereiwiss. 1984. vol. 3, pp. 55-61.

Predel, G.; Staaks, G.: Erfahrungen beim Einsatz von Wärmepumpen in der Binnenfischerei der DDR. Fortschr. Fischereiwiss. 1984. vol. 3, pp. 47-54.

Anwand, K. und Staaks, G.: Über morphologische Untersuchungen am Amerikanischen Flußkrebs Orconectes limosus (RAF). Deutsche Gesellschaft für Limnologie, Jahrestagung 1994, Hamburg, Erweiterte Zusammenfassungen (1994), 759-763.

Meinelt, T.; Stueber, A.; Staaks, G.; Steinberg, C.: Wirkungen fischtoxischer Schadmetalle. Fischtoxizitaet von Kupfer. Fisch. Teichwirt 1995 vol. 46, no. 7, pp. 241-243.

Meinelt, T.; Stueber, A.; Staaks, G.; Pietrock, M.; Steinberg, C.: Wirkungen fischtoxischer Schadmetalle. Fischtoxizitaet von Zink. Fisch. Teichwirt 1995 vol. 46, no. 6, pp. 200-202.

Spieser, O.H., Scholz, W., Staaks, G., Baganz, D.: The influence of Cyanotoxins on the behaviour of Zebrafish (Brachydanio rerio): Methods and results. Measuring Behavior ‘96, International Workshop on Methods and Techniques in Behavioral Research, 16.-18. 10. 1996, Utrecht, Proceedings: http://www.noldus.com/events/mb96/abstract/spieser.htm

Oberemm, A., Welker, M., Baganz, D., Staaks, G., Pflugmacher, S.: Microcystine: Vorkommen und Persistenz in Gewässern und Wirkungen auf aquatische Makrophyten und auf Fische. Berichte des IGB 1997, Heft 4, Hrsg.: Inst. für Gewässerökologie und Binnenfischerei

Staaks, G., Baganz, D.: Assessment and ecological evaluation of behavioral responses of fish on natural and artificial stressors. Berichte des IGB 1998, Heft 5, 61-70. Hrsg.: Inst. für Gewässerökologie und Binnenfischerei

Staaks, G., Baganz, D., Schmidt, K.: Integrated measurement of motility and energy consumption in fish larvae and daphnia. Measuring Behavior 2000, International Workshop on Methods and Techniques in Behavioral Research, 15.-18. 08. 2000, Nijmegen, Proceedings: http://www.noldus.webaxxs.net/events/mb2000/program/abstracts/staaks.html

Meinelt,T., Staaks,G., Kuntze,K., Stüber,A. & Richert,I. 2005. Behandlung einer unspezifischen Mykose mit Peressigsäure (Wofasteril^® E400) bei der Aufzucht der kleinen Maräne (Coregonus albula). Fischer & Teichwirt 56, 411.

Baganz,D., Moldaenke,C. & Staaks,G. Robust, low cost fish biomonitor under development. Techneau Newsletter . 2006. Technologiezentrum Wasser (TZW), Karlsruhe. 2006.

Baganz,D., Staaks,G. & Moldaenke,C. Interim Report on real-time fish biomonitoring system. D 3.4.8, 1-21. 2007. Monitoring and Control of Drinking Water Quality, Techneau Report.

Moldaenke,C., Baganz,D. & Staaks,G. A finalised photoelectric barrier system for the fish biomonitor. D 3.4.5., 1-7. 2007. Monitoring and Control of Drinking Water Quality, Techneau Report.

Baganz,D. & Staaks,G. Application of power spectral analysis to indicate chemical stress in fish. East, Marion and Hofer, Heribert. Contributions to the 6th International Zoo and Wildlife Research Conference on Behaviour, Physiology & Genetics, Berlin 2007. 28. 2008. Berlin, Leibniz Institute for Zoo and Wildlife Research. 7-10-2008.

zum Anfang des Dokuments