Temporal and spatial changes in the abundance and biomass of pico (Heterotrophic bacteria and Synechococcus) and nanoplankton (Flagellates) of the Mersin Bay?Relationships with ambient physical, chemical and biological parameters

Abstract

Doğu Akdeniz dünya denizleri arasında en oligotrofik su kütlesi olarak bilinmektedir. Karasal kökenli besin tuzu girdisinin az olması nedeniyle birincil üretim özellikle fosfor ve azot tuzları eksikliğinden dolayı sınırlanmaktadır. Bu bağlamda Mersin Körfezi'nde karasal kökenli nutrient kaynakları ile beslenen kıyısal alan ile besin tuzlarının sınırlı olduğu açık sular arasında belirgin bir farklılığın gözlendiği ?Sıcak Nokta (Hassas Alan)? oluşur. Mersin Körfezi'nin iç kısmındaki aşırı besin tuzu zenginliği ötrofikasyona neden olur ve kıyıdan açığa doğru floranın niteliğini ve niceliğini değiştirir. Mikroorganizmalar çevresel etkenlerden dolayı oluşan değişikliklere karşı oldukça hassastırlar ve çevresel etkilerin ekosistem işleyişi üzerindeki etkisini belirlemek için yaygın olarak kullanılırlar. Bu çalışmayla planktonun küçük bileşenleri olan heterotrofik bakteri, Synechococcus ve kamçılı organizmaların Mersin Körfezi kıta sahanlığının hızlı şekilde değişim gösteren fiziksel, kimyasal ve biyolojik özelliklerine karşı verdikleri tepkiler incelenmiştir. Epifloresans mikroskop ve görüntü analiz sistemi hücrelerin sayımı ve karbon bütçelerinin hesabında kullanılmıştır.Heterotrofik bakteri, Synechococcus ve kamçılı organizma bolluk ve biyokütle değerlerinin deşarj noktalarına yakın olan körfezin iç kesiminde en yüksek miktarlara ulaştığı ve açığa doğru giderek azaldıkları gözlenmiştir. 0-20 metre derinlik tabakası aralığındaki heterotrofik bakteri bolluğu 20-50, 50-100 ve 100-200 m derinlik tabakası aralıklarına kıyasla sırası ile 2.3, 3 ve 3.2 kat daha fazla bulunmuştur. Bu oranlar Synechococcus için 2.8, 5.5 ve 6.2, kamçılı organizmalar için 2.4, 3.3 ve 5 olarak hesaplanmıştır. Sonuçlar, kıyıya yakın ve kıyıdan uzak bölgelerin biyolojileri ve kimyaları bakımından oldukça farklı olduğunu ve farklı yoğunluklarda populasyonlar içerdiğini göstermiştir.Çalışma süresince Mersin Körfezi'nde heterotrofik bakteriler Synechococcus ve kamçılı organizmalara oranla hem bolluk hem de biyokütle açısından baskın bulunmuşlardır. Heterotrofik bakteriler yüzey suyunda 1.3 x 105 hücre/ml (0.71 ?gK/l) ve 1.3 x 107 hücre/ml (80.42 ?gK/l) aralığında değişim göstermiştir. Kış ve ilkbahar aylarında düşük değerlerde, yaz ve sonbaharda yüksek değerlerde gözlenen bakterilerin mevsimlere bağlı değişiklik gösterdiği bulunmuştur. Yaz ve sonbahar süresince daha sıcak olan su kolonunun üst kısmında yoğun olarak bulunmuşlardır. Synechococcus ise yüzey suyunda 1.2 x 103 hücre/ml (0.07 ?gK/l) ve 1.2 x 106 hücre/l (129.69 ?gK/l) değerleri arasında değişim göstermiş, heterotrofik bakterilere benzer şekilde kış ve ilkbahar aylarında az, yaz ve sonbaharda yüksek değerlerde bulunmuştur. Su kolonundaki bolluk dağılımları yaz ve sonbaharda sıcaklık ile benzerlik göstermektedir. Çalışma süresince kamçılı organizmaların bolluk ve biyokütleleri ise sırasıyla en yüksek 1.2 x 104 hücre/ml ve 11.15 ?gK/l değerlere ulaşmıştır. Heterotrofik bakteri ve Synechococcus'dan farklı olarak bolluk ve biyokütleleri belirgin bir mevsimsel değişim göstermemiş ve su kolonunda daha homojen bir şekilde dağılmıştır.Spearman rank korelasyonu analizine göre çalışılan organizma grupları arasında gözlenen yüksek düzeyde önemli ilişkiler, değişen çevre koşullarına karşı bu organizmaların verdiği ortak tepkiyi ortaya koymaktadır (heterotrofik bakteri ve Synechococcus n = 820; r = 0.703; p < 0.0001; heterotrofik bakteri ve kamçılı organizmalar n = 820; r = 0.675; p < 0.0001; Synechococcus ve kamçılı organizmalar n = 820; r = 0.635; p < 0.0001). Benzer şekilde heterotrofik bakteri, Synechococcus ve kamçılı organizmalar ile besin tuzları ve sıcaklık ile de yüksek düzeyde önemli ilişkiler bulunmuştur.

The eastern Mediterranean has been known as the most oligotrophic water body among the worlds oceans and as a result of limited nutrient inputs from terrestrial sources primary productivity and plankton succession are restricted by lack of nutrients especially by phosphorus and nitrogen. Within this domain, Mersin bay forms a so called hot spot (highly sensitive) area where a sharp contrast exists between the coastal area supplied by land-based nutrient sources and the nutrient limited open sea. Excess nutrient enrichment lead for eutrophication in the inner Mersin bay while altering the quality and quantity of flora from shore to offshore. Microorganisms are highly sensitive and profoundly affected by environmental disturbances and are widely used to assess the impact of environmental changes on ecosystem functioning. With this study, it is aimed to investigate responses of the smaller fractions of phytoplankton composed of heterotrophic bacteria, Synechococcus and flagellates to rapidly changing ambient biological, chemical and physical properties of shelf waters over an extended period between 2008 and 2010. Epiflourescence microscopy and image analysis setup were used to enumerate and measure size of cells for biomass estimates.Both the abundance and biomass of heterotrophic bacteria, Synechococcus and flagellates made peaks in inner bay, nearby the discharge points, while decreasing gradually towards offshore. Average abundance of heterotrophic bacteria in 0-20 m depth stratum was 2.3, 3 and 3.2 times higher than those calculated for the 20-50, 50-100 and 100-200m depth strata. These ratios were 2.8, 5.5 and 6.2 for Synechococcus and 2.4, 3.3 and 5 for flagellates. Results clearly indicate that nearshore and offshore waters are completely distinct in their biology and chemistry and contain contrasting populations.Throughout the study, heterotrophic bacteria dominated both in terms of abundance and biomass over Synechococcus and flagellates in Mersin bay. During the study period abundance of heterotrophic bacteria varied in the range 1.3 x 105 cells/ml (0.71 ?g C/l) and 1.3 x 107 cells/ml (80.42 ?g C/l) at surface. Bacteria showed strong seasonality being least abundant during winter and spring and most abundant during summer and fall. They mostly occupied the warmer upper water column during summer and fall. Synechococcus abundances varied in the range 1.2 x 103 cells/ml (0.07 ?gC/l) and 1.2 x 106 cells/ml (129.69 ?gC/l) at surface. Similar to heterotrophic bacteria, significant seasonality was also observed with Synechococcus displaying winter-spring minima and summer-fall maxima. Abundance profiles mimicked temperature profiles during summer and fall. In case of flagellates, their abundance and biomass values reached peak levels of 1.2 x 104 cells/ml and 11.15 ?gC/l, respectively. Apart from heterotrophic bacteria and Synechococcus they did not show any significant seasonality and distributed more homogenously in the water column.Based on Spearman rank correlation analysis, highly significant relationships were observed within the organism groups studied (heterotrophic bacteria and Synechococcus n = 820; r = 0.703; p < 0.0001; heterotrophic bacteria and flagellates n = 820; r = 0.675; p < 0.0001; Synechococcus and flagellates n = 820; r = 0.635; p < 0.0001) indicating collective responses to changing environmental conditions. Similarly, significant correlations have been obtained between biological groups and nutrient levels. Significant relationships were also observed between temperature and all groups.