Abstract English
Chemical environmental information is to a certain degree stored in soft
and hard tissues of fish and other living organisms, although being influenced
by physiological processes. Consequently site- and species specific microchemical
patterns stored in hard parts of fish can be used as natural chemical
tags for studying the spatial behaviour of fish for answering important
ecological questions like the origin of fish, stock identification or
dispersal and other migratory patterns (homing of fish to natal birthplaces,
individual and group life histories or habitat use). Although mainly otoliths
have been studied so far, scales and fin rays bare the potential for non-lethal
sampling, especially needed when studying endangered species. On the other
hand eye lenses could be sampled easily, which is of special relevance
when large numbers of fish are investigated. Therefore the "IsoMark"
project focuses for the first time on the comprehensive investigation
of microchemical information (elemental fingerprint of Ca, Sr, Na, Ba,
Mg; isotopic fingerprint of Sr and Ca) in different hard parts of typical
European freshwater fish species like brown trout (Salmo trutta f.f.,
L.), European grayling (Thymallus thymallus, L.), nase (Chondrostoma
nasus, L.) and the Danube salmon (Hucho hucho, L.). Laser ablation
inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) will be used
as major technique for direct and simultaneous in situ high precision
analysis of trace elements and isotope ratios of hard parts. Fish from
ten fish farms will be analyzed for their microchemical signatures in
different hard parts as fish farm specific signatures would make expensive
artificial tagging, e.g. to track farmed fish in natural rivers after
stocking, nonessential. As a reliable interpretation of the chemical patterns
in different hard parts requires an understanding of the relationship
between environmental conditions and the uptake of elements and isotopes,
controlled field experiments will be conducted for two species (brown
trout and nase) at different life stages. Additionally adult and juvenile
individuals of brown trout and nase from natural rivers with different
environmental chemistry will be sampled to assess the influence of geological
formations, ontogeny and temperature on microchemical patterns in hard
parts. The stability of the chemical fingerprints of rivers as a pre-requisite
for a clear interpretation of microchemical patterns in hard parts will
be assessed as well. Trans-generational marking via injecting enriched
isotopes into gravid females will be tested offering an amazing opportunity
to mark large numbers of larvae in the field since the environmental information
experienced by adult females is passed over to the primordial core of
the otolith. The project will be run as collaboration between the Division
of Analytical Chemistry (Department of Chemistry) and the Institute of
Hydrobiology and Aquatic Ecosystem Management (Department of Water, Atmosphere
& Environment) at the BOKU, University of Natural Resources and Applied
Life Sciences, Vienna, together with the Institute for Water Ecology,
Fisheries and Lake Research at Mondsee/Scharfling (Federal Agency for
Water Management), and is directly related to the research of the START-project
"VIRIS" (Vienna Isotope Research Investigation and Survey, FWF
267-N11).
Abstract German
Standort- und artspezifische mikrochemische Informationen in Hartteilen
von Fischen können als natürliche chemische Markierungen verwendet
werden, um wichtige ökologische Fragestellungen wie die Herkunft
eines Fisches oder seine Populationszugehörigkeit zu beantworten.
Weiters können Ausbreitungsprozesse und Wandermuster wie die mehrmalige
Laichwanderung zum Ort der eigenen Geburt ("Homing") und die
jahreszeitliche Habitatnutzung retrospektiv untersucht werden. Obwohl
bisher vor allem Otolithen für diese Art von Fragestellung verwendet
wurden, stellt die Analyse von Schuppen und Flossenstrahlen eine wichtige
nicht-letale Alternative dar. Augenlinsen wiederum können relativ
einfach entnommen werden, was vor allem bei der Untersuchung großer
Fischmengen eine Rolle spielt. Im Rahmen des "IsoMark" Projektes
werden daher erstmals umfassende Untersuchungen der sog. "elemental
fingerprints" (vor allem basierend auf Ca, Sr, Na, Ba, Mg) und "isotopic
fingerprints" (basierend auf Isotopen von Sr and Ca) unterschiedlicher
Hartteile typischer europäischer Fischarten wie Bachforelle (Salmo
trutta f.f., L.), Äsche (Thymallus thymallus, L.), Nase
(Chondrostoma nasus, L.) und Huchen (Hucho hucho, L.) durchgeführt.
Zur präzisen und simultanen in-situ-Analyse multipler Elemente und
Isotope wird die "Laser ablation inductively coupled plasma mass
spectrometry" (LA-ICP-MS) verwendet. Dabei können mit hoher
lateraler Auflösung Element- und Isotopenmuster direkt auf den Hartteilen
gemessen werden.
Fische von zehn Fischzuchten werden auf ihre spezifischen mikrochemischen
Muster in Hartteilen untersucht. Zur Erfassung des Zusammenhanges zwischen
Umweltparametern und Hartteil-Mikrochemie werden kontrollierte Feldexperimente
durchgeführt. Juvenile und adulte Individuen von zwei Arten (Bachforelle,
Nase) werden in schwimmenden Käfigen spezifischen Umweltsituationen
ausgesetzt, und die inkorporierten Muster in Bezug auf Altersstadium,
Temperatur und Umweltchemie interpretiert. Zusätzlich werden juvenile
und adulte Bachforellen und Nasen aus unterschiedlichen natürlichen
Habitaten und die Stabilität der Wasserchemie als Grundvoraussetzung
einer eindeutigen Interpretation der Umweltinformation untersucht. Weiters
getestet wird das sog. "Trans-generationale Markieren", das
eine Massenmarkierung von Fischlarven durch die Injektion der Mutterfische
mit einem angereicherten Isotop erlaubt. Dieses wird dann an die früh
gebildeten Hartteile der Larven (Augenlinse, Kern des Otoliths) weitergegeben,
und erlaubt so die eindeutige Identifizierung von Fischen über einen
längeren Zeitraum ihrer Entwicklung. Das Projekt wird als Kooperation
der Abteilung für analytische Chemie (Department für Chemie)
und dem Institut für Hydrobiologie und Gewässermanagement (Department
für Wasser, Atmosphäre und Umwelt) an der Universität für
Bodenkultur Wien (BOKU), sowie dem Institut für Gewässerökologie,
Fischereibiologie und Seenkunde in Mondsee/Scharfling (Bundesamt für
Wasserwirtschaft) durchgeführt, und steht direkt mit dem START-Projekt
"VIRIS" (Vienna Isotope Research Investigation and Survey, FWF
267-N11) in Verbindung.
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