D I S K U S S I O N
Die Systematik der Daphniidae,
speziell der Gattung Daphnia, gibt seit jeher Anlaß zu Kontroversen.
Die Hauptgründe dafür sind sicherlich Zyklomorphosen während
der Parthenogenese und Hybrid-Bildungen zwischen einigen Arten.
Gerade in den letzten 15 Jahren versuchte man mittels verschiedener
Disziplinen die verworrene Systematik zu reformieren. Vor allem die
Hyalina-Gruppe war Gegenstand einiger genetischer Untersuchungen (Trentini,
1980; Wolf und Mort, 1986; Wolf, 1987; Hebert, 1987). Auch in der
klassischen, vergleichenden Morphologie gibt es neue Interpretationen
(Christie, 1983; Flössner und Kraus, 1986).
Leider scheinen die Ergebnisse der beiden Disziplinen in einigen Punkten
zu differieren. Vor allem die Möglichkeiten der einzelnen Arten,
miteinander Hybriden zu bilden, wird unterschiedlich bewertet. Während
nach Wolf (1987) D. hyalina und D. galeata durchaus (und häufig)
Hybriden bilden können, wissen Flössner und Kraus (1986;
S. 105) von derartigen Bastarden nur wenig zu berichten ("...occasionally
we have also found specimens which most likely are hybrids...").
Sie stellen vielmehr einige zweifelhafte Populationen, darunter auch
ehemals zu anderen Arten gerechnete Variationen, zu D. galeata. Ob
sich dabei auch tatsächlich Hyalina-Galeata-Hybriden befanden
kann nicht beurteilt werden, denn die morphologischen Angaben der
Genetiker (Wolf and Mort, 1986; Wolf 1987) sind recht dürftig.
So gibt Wolf (1987) zu seinen genetischen Ergebnissen lediglich die
Form des Rostrums an. Es müßten aber daneben noch mehrere
Merkmale (Postabdomen, Naupliusauge) berücksichtigt werden, um
zu einer einheitlichen Systematik zu kommen. Derzeit ist man besonders
innerhalb der beiden Arten D. hyalina und D. galeata weit davon entfernt.
Daß Ephippien bisher nicht in die morphologische Systematik
mit einbezogen wurden, liegt wohl nicht zuletzt daran, daß sie
wenig lichtdurchlässig sind und deshalb Merkmale auf der Ephippialhülle,
die in der vorliegenden Arbeit gefunden wurden, mit dem Lichtmikroskop
nicht sichtbar, jedenfalls nicht augenfällig sind.
Daß Ephippialmerkmale durchaus in die systematische Diskussion
einbezogen werden können und sollten, zeigen mehrere Tatsachen:
-) Die Eidonomie der Ephippien paßt sehr gut in die bestehende
(und größtenteils unumstrittene) Grobsystematik der Daphniidae.
Man kann, bis auf wenige Ausnahmen, anhand der Umrisse des Ephippiums
die Gattung bestimmen. Die Variationen innerhalb der Gattungen sind
relativ gering.
-) Die Ephippien der Daphniidae erwiesen sich in der vorliegenden
Arbeit als durchwegs arttypisch. In vielen Fällen lieferte die
Oberflächenskulptur die entscheidenden Hinweise. Allerdings besitzen
nur die Ephippien diese typische Skulpturierung. Der Carapax der parthenogenetischen
Weibchen ist wenig komplex, sodaß eine Artdifferenzierung auf
dieser Basis nicht möglich ist. Erst der Umbau des Carapax bei
der Bildung eines Ephippiums gestattet dies!
Die komplexe Oberfläche der Ephippien geht wohl in erster Linie
auf die darunterliegende Kammerung zurück. Größe und
Anordnung der Außen-Skulpturen entsprechen den einzelnen Kammern.
Fehlt die Kammerung in bestimmten Bezirken, ist die Skulpturierung
zwar zu erkennen, jedoch ist sie hier deutlich schwächer. Die
Übereinstimmung der Merkmale auf den Ephippien innerhalb der
einzelnen Arten ist groß. Auch Ephippien von Individuen einer
Art verschiedener Standorte und Lebensräume zeigten keine entscheidenden
Unterschiede. Die Möglichkeit, Daphniidae, wenn nötig, ausschließlich
aufgrund ihrer Ephippien zu bestimmen, scheint somit gegeben.
Die neu in die Diskussion einzubringenden Merkmale der Daphniidae-Ephippien
lassen sich in Hauptskulpturen, also die großen, meist polygonalen
Skulpturen, Nebenskulpturen, wie Cuticularstiftchen, und Auftriebskörper,
die Anordnung der Gesamtheit der Auftriebskammern, gliedern.
Systematik
der Gattung Daphnia
Bei der systematisch umstrittenen Untergattung Daphnia s.str. sind an
Ephippialmerkmalen vor allem Hauptskulpturen und der Ansatz der Spina
interessant.
Relativ deutlich lassen sich Pulex- und Longispina-Gruppe unterscheiden.
Bei D. pulex und D. curvirostris finden sich auf der Ephippialoberfläche
neben den Vertiefungen scharf abgesetzte Leisten, die sich zu mehr oder
weniger regelmäßigen Netzen oder Zick-Zack-Mustern vereinigen
können.
Innerhalb der Longispina-Gruppe sind derartige Leisten nicht zu finden.
Hier sind Vertiefungen, die entweder vereinzelt auftreten oder zu durchgehenden
"Bahnen" verschmolzen sind, ausschlaggebend für die Unterscheidung.
Einzelne, rundlich Vertiefungen finden sich bei D. hyalina und D. galeata,
länglich verschmolzene bei D. cucullata. Dies bestätigt die
oft geäußerte Ansicht einer engen Verwandtschaft zwischen
D. hyalina und D. galeata (Flössner, 1972; Wolf, 1987). Die Ephippien
der beiden Arten sind einander sehr ähnlich. Lediglich anhand der
Tiefe der einzelnen Skulpturen lassen sie sich unterscheiden. Auch der
Carapax der parthenogenetischen Weibchen dieser beiden Arten ist sehr
ähnlich ausgebildet: Dieser ist kaum skulpturiert. Deutlich abgrenzbar
dagegen ist auch hier D. cucullata, die Skulpturierung fehlt völlig.
Über phylogenetische Beziehungen zwischen D. longispina und dem
Hyalina-Galeata-Komplex wird in der Literatur kaum etwas berichtet.
Es fällt auf, daß das Ephippium von D. galeata die größte
Ähnlichkeit zu dem von D. longispina aufweist. In beiden Fällen
sind die Vertiefungen einzeln stehend und trichterförmig eingezogen.
Bemerkenswert ist, daß die von mir gefundenen Galeata- Cucullata-Hybriden
am Ephippium die volle Cucullata- Merkmalspalette aufweisen. Sowohl
Skulptur, als auch Eidonomie sind, von kleinen Abweichungen abgesehen,
ident.
Systematik
der Gattung Ceriodaphnia
Die Art der Ausbildung der Auftriebskörper bestätigt die von
Dumont & Pensaert (1983) revidierte Systematik der ehemaligen Gattung
Scapholeberis (nunmehr: Unterfamilie Scapholeberinae). Der von der Gattung
ausgegliederte Megafenestra-Vertreter im untersuchten Gebiet (M. aurita)
hat zu Scapholeberis ein deutlich aberrantes Ephippium: Die dorsalen
Auftriebskörper sind hier nie abstehend. Sie bilden vielmehr, von
der Seite her gesehen, einen Ring um das Ei.
Neben den Scapholeberinae besitzt nur noch eine Daphniiden- Art im untersuchten
Gebiet dorsale, abstehende Auftriebskörper: Ceriodaphnia megops.
Verwandtschaftliche Beziehungen können allerdings aus diesem Merkmal
kaum abgeleitet werden, denn einerseits besitzt die im phylogenetischen
Sinne als ursprünglich angesehene Gattung Megafenestra innerhalb
der Scapholeberinae (Dumont & Pensaert, 1983) keine derartigen Bildungen,
andererseits stellt Ceriodaphnia ein gut abgesichertes Taxon dar; C.
megops kann hier kaum ausgegliedert werden. Die ausladenden Auftriebskörper
von Ceriodaphnia megops einerseits und von Scapholeberis andererseits
stellen demnach konvergente Bildungen dar.
Ökologische
Bedeutung der Kammerung
Dabei stellt sich die Frage nach der Funktion dieser ausladenden Auftriebskörper.
Möglicherweise dienen sie dazu, das schwimmende Ephippium in eine
senkrechte Stellung zu bringen und dadurch den Schlüpfvorgang zu
erleichtern. Diese Vermutung konnte jedoch nicht überprüft
werden. Auch eine Verstärkung des Auftriebes durch die zusätzlichen
Kammern wäre denkbar.
Über die Funktion der Kammern als Auftriebsorgan wurden bisher
nur Vermutungen angestellt. Eine interessante Theorie stellte Wolff
(1904) über die Genese der Gas-Blasen auf. Er stellte anhand histologischer
Schnitte fest, daß die Kammern anfangs mit Haemolymphe gefüllt
sind und sich erst nach und nach Gasblasen bilden, verursacht durch
Abbauprozesse der Haemolymphe.
Besondere Beachtung verdienen die Auftriebskörper der von mir gefundenen
Ctenodaphnia-Populationen im Seewinkel, deren Ephippien häufig
sofort nach dem Freiwerden auf den Grund des Gewässers sanken.
Auch Scharfenberg (1914) weiß von Ctenodaphnia-Populationen zu
berichten, deren Ephippien keine Schwimmfähigkeit besitzen.
Dennoch sind Auftriebskörper, bzw. deren Reste dorsal und ventral
deutlich am quer angeschnittenen Ephippium zu erkennen, auch eine Kammerung
läßt sich noch erahnen. Allerdings sind die Kammern wesentlich
weniger geräumig, als bei den anderen Taxa. Es sind zahlreiche
Säulchen zusätzlich eingefügt; die Ephippialwand wirkt
in diesen Bereichen eher schwammig, als gekammert. Bei Ctenodaphnia
atkinsoni heben sich die ehemaligen Auftriebskörper kaum noch von
den dicht gepackten Cuticulaschichten des übrigen Ephippiums ab.
Dennoch ist anzunehmen, daß sich die untergehenden Ephippien dieser
Ctenodaphnia-Populationen von ehemals schwimmenden herleiten (z.B. jenen
von Daphnia).
Warum Daphniidae überhaupt schwimmende Ephippien produzieren ist
bislang nicht erschöpfend geklärt, auch nicht wieso letztendlich
doch zahlreiche Ephippien ins Sediment gelangen und dort noch lange
Zeit schlüpffähig bleiben (Moritz, 1987). Entweder sinkt ein
Teil der Dauereier sofort ins Sediment, dies könnte bedeuten, daß
sich die Luftkammern dieser Tiere entgegen der Meinung von Wolff (1904)
erst an der Oberfläche mit Luft (und nicht mit Gas) füllen.
Es besteht aber auch die Möglichkeit, daß die Ephippien ihre
Schwimmfähigkeit nur bestimmte Zeit behalten, und sie anschließend
ins Sediment sinken. Eine Klärung dieser Fragen würde sicher
das Verständnis für diese ökologisch wichtige Tiergruppe
erweitern.
Die Bildung von Ephippien, also die Verwendung eines Teils des Körperpanzers
für die Lagerung der Dauereier stellt eine einmalige Strategie
im Tierreich dar.
Die Auftriebskörper der einzelnen Gattungen sind recht unterschiedlich
ausgebildet. Es lassen sich daraus mögliche Zusammenhänge
mit den verschiedenen ökologischen Ansprüchen der Gruppen
ableiten.
Bei Daphnia erstrecken sich die Auftriebskörper fast über
die ganze Ephippialcuticula, die einzelnen Kammern sind niedrig, nie
hochprismatisch, die Cuticula ist eher zart.
Bei Simocephalus ist die Cuticula um das Ei kompakt und derß,
Kammern sind nur im ventralen Bereich zu finden, hier sind diese allerdings
sehr geräumig und hochprismatisch. Dieser Aufbau gewährleistet
einerseits guten Schutz vor mechanischer Belastung, andererseits doch
starken Auftrieb. Tatsächlich findet sich Simocephalus auch häufig
in periodischen Gewässern, hier erreicht die Gruppe auch Massenvorkommen.
Ähnlich sind die Verhältnisse bei Ceriodaphnia. Auch diese
Gruppe kommt in fast allen Arten von heimischen Gewässern vor,
meidet aber fast immer das Freiwasser. Die Auftriebskörper befinden
sich hauptsächlich im ventralen Bereich, die Ephippialcuticula
ist allerdings deutlich schwächer, als bei Simocephalus. Ephippien
von Ceriodaphnia finden sich wesentlich häufiger am Grunde des
Gewässers, als die von Simocephalus.
Ökologische
Bedeutung der Haupt-und Nebenskulpturen
Eine funktionelle Deutung der Haupt- und Nebenskulpturen ist schwierig.
Es liegt die Vermutung nahe, daß sie größtenteils die
Funktion der Haftung im jeweiligen Substrat (Sediment, Pflanzen, etc.)
haben. Als Analogon findet sich bei einigen Chydoriden ein chemischer
Anheftungsmechanismus (Bretschko, 1969; Fryer, 1972; Frenzel, 1983).
Die Ausbildung der Hauptskulpturen innerhalb der Untergattung Ctenodaphnia
ist sehr unterschiedlich. Die Schuppen von C. magna dürften oben
genannte Funktion erfüllen. Bei den beiden anderen Arten der Untergattung
sind die Hauptskulpturen augenscheinlich ohne Funktion. Hier dürften
vielmehr die cranialen paarigen Anhänge als Haftorgane funktionieren.
Diese sind gekräuselt und mit Zacken bewehrt. Tatsächlich
finden sich vor allem Ephippien von C. similis aber auch von C. atkinsoni
in Algenwatten und Pflanzenresten sehr häufig. Bei C. magna ist
der craniale Fortsatz unpaar und obliteriert sehr rasch. Die rundlichen,
fast halbkugeligen Erhebungen, die bei Simocephalus am ganzen Ephippium
verteilt sind, erzeugen eine rauhe Oberfläche, wahrscheinlich ebenfalls,
um auf Pflanzen oder im Sediment mehr Halt zu finden. Simocephalus besitzt
am Ephippium keinerlei Anhänge. Sowohl Ctenodaphnia als auch Simocephalus
bewohnen vielfach flache Gewässer, die auch austrocknen können.
Nebenskulpturen treten auf der Ephippialoberfläche von Daphnia
auf. Es sind dies borstenförmige Bildungen und Auffaltungen, die
Tendenz haben, sich zu Mustern zu vereinigen. Zweck und Ursprung derartiger
Bildungen sind unklar. Es ist auffallend, daß Nebenskulpturen
hauptsächlich bei Bewohnern kleinerer, dicht bewachsener Gewässer
zu beobachten sind (D. curvirostris, D. plulex); bei typischen Formen
größerer Seen (D. hyalina, D. longispina) fehlen sie. Hier
sind nur die Hauptskulpturen (in Form von Einsenkungen) zu erkennen.
Offenbar sind stäbchenförmige Bildungen ebenfalls Einrichtungen
, um vor allem auf Pflanzen haften zu bleiben.
Im stärksten Maße sind Nebenskulpturen bei Ceriodaphnia ausgebildet.
Sie übernehmen hier sogar die dominante Rolle im Erscheinungsbild.
Länge und Anordnung der sich abhebenden borstenförmigen Skulpturen
sind für die einzelnen Ceriodaphnia-Arten typisch. Daß es
sich auch bei den Nebenskulpturen von Ceriodaphnia um Haftorgane im
weitesten Sinn handelt, ist anzunehmen. Eindeutige Zusammenhänge
zwischen der verschiedenen Ausbildung der Chitinfortsätze und der
Ökologie der einzelnen Arten lassen sich nicht feststellen. Aufgrund
der ökologischen Variabilität einzelner Arten ist auch eine
Tendenz nur schwer zu erkennen. So besiedelt die Art mit den am stärksten
ausgebildeten "Haftorganen", C. quadrangula sowohl kleinste
Überschwemmungstümpel als auch größere Seen, wie
die Eifeler Maare (vulkanische Explosionskrater; Flössner, 1972).
Allerdings fällt auf, daß die am wenigsten "beborsteten"
Ephippien (also die Ephippien mit den am schwächsten ausgebildeten
Nebenskulpturen) von Arten stammen, die in den von mir beobachteten
Fällen stark verwachsene Kleinstgewässer meiden (C. reticulata
und C. pulchella), bzw. in solchen von anderen Arten verdrängt
werden.
Ein
"Urephippium"?
Obwohl teilweise auch andere Cladocera schwimmende Ephippien produzieren
können (z.B. Bosminia), kann doch die Ausbildung einer Kammerung
in der Ephippialwandung als autapomorphes Merkmal der Daphniidae bewertet
werden.
Eine phylogenetische Zwischenstellung zwischen den hochspezialisierten,
gekammerten Ephippien der Daphiidae und den "primitiven" der
meisten anderen Cladocera, die aus dem nicht oder wenig veränderten
Carapax bestehen, nehmen offenbar die Ephippien die Moiniidae ein. Auch
hier wird nur ein kleiner Teil des Carapax als Schutzummantelung der
Dauereier verwendet. Der Carapax wird ventral verschlossen, auch wird
dieser deutlich verdickt. Die äußere Skulpturierung des Ephippiums
unterscheidet sich kaum von der des übrigen Carapax. Vor allem
aber sind am Querschnitt keine Kammern zu erkennen. Moina-Ephippien
gehen ausnahmslos nach dem Freiwerden unter.
Aufgrund der Ephippialmerkmale sind innerhalb der Daphniidae mehrere
phylogenetische Differenzierungslinien denkbar. Wenn man annimmt, daß
die typische Ephippialskulpturierung mit der Ausbildung einer Kammerung
entstanden ist, so muß man ein ursprünglich durchgehend gekammertes,
gasgefülltes Ephippium für die letzte gemeinsame Stammart
der Daphniidae postulieren. Denn es fällt auf, daß die Ephippialskulpturierung
auch in Bezirken ohne Kammerung eindeutig zu erkennen ist, wenngleich
sie meist weniger mächtig ist.
Zwei phylogenetische Differenzierungslinien, die beide unterschiedliche
Reduktionen darstellen, lassen sich verfolgen.
Das durchgehend gekammerte Ephippium sieht man nur bei der Untergattung
Daphnia s.str. annähernd verwirklicht. Bei Ctenodaphnia sind die
Kammern im Bereich der Eilogen und auch dazwischen vollständig
zurückgebildet, dorsal und ventral sind allerdings die Reste deutlich.
Ctenodaphnia magna zeigt noch die deutlichste Kammerung der ehemaligen
Auftriebskörper, eine weitere Reduktionsreihe läßt sich
über C. similis und schließlich C. atkinsoni verfolgen.
An die Gattung Daphnia schließt direkt die Entwicklung der Scapholoberinae
an, die nach Dumont und Pensaert (1983) als phylogenetisch einheitliche
Gruppe aufzufassen sind. Dorsale Auftriebskörper sind hier wohl
ausgebildet. Innerhalb der Gruppe ist bei den primitiveren Megafenestra
die Anordnung der Kammerung der von Ctenodaphnia noch sehr ähnlich,
wobei hier die Kammern auch eindeutig als Auftriebsorgan funktionieren.
Als zweite Spezialisierung wären somit die Ephippien von Simocephalus
und Ceriodaphnia anzusehen (keine dorsalen Auftriebskörper). Bei
Ephippien von Simocephalus ist dorsal noch die Andeutung eines Kiels
zu erkennen, was diese Gruppe wieder in die Nähe von Daphnia stellt.
Keinerlei Reste des Kiels sind bei Ceriodaphnia festzustellen. Die mächtigen
dorsalen Auftriebskörper der Art C. megops stellen eine Neubildung
und somit eine sekundäre Spezialisierung dar.
Zusammenfassend scheinen sich von einem "Urephippium" mit
durchgehender Kammerung zwei Linien entwickelt zu haben. Erstens die
Reduktion der Kammerung über dem Ei, Ctenodaphnia-Megafenestra-Scapholeberis,
zweitens die Reduktion der gesamten dorsalen Kammerung, Simocephalus-
Ceriodaphnia. Diese Linie geht auch mit einer zunehmenden Reduktion
des Rostrums beim Weibchen einher. Die Ausbildung von dorsalen Auftriebskörpern
bei Ceriodaphnia megops stellt eine sekundäre Neubildung dar, eine
Konvergenz zu Scapholeberis.