Environmental micropalaeontology in Greek lake deposits: ostracods as bioindicators

Abstract

Ostracods are excellent bioindicators of the physicochemical conditions of the environment in which they live and are considered valuable for the representation and evolution of the paleoenvironment, as they show high sensitivity even to small environmental changes. However, they are not widely used for ecological monitoring and the ecological quality status of aquatic ecosystems. Although in Europe and the Balkans, ostracods have been extensively studied, in Greece, studies on ostracods are limited, primarily focusing on marine environments and paleoenvironments. The aim of the present doctorate thesis was a) to record the ostracod fauna and the biogeographical distribution of the ostracods from recent sediments of fifteen natural freshwater lakes in Greece, b) to study their faunal composition and diversity, c) to examine their response to environmental and anthropogenic pressures, d) to investigate possible correlations between various physicochemical and geochemical parameters and the ostracod fauna, and e) to investigate the role of ostracods as (paleo)environmental indicators in recent and Holocene lake ecosystems. For the purposes of this doctoral thesis, recent surface bottom sediments from 15 natural lakes in Greece (from northern Greece to Crete) and sediment samples from 3 cores (from Lakes Chimaditis, Zazari and Koronia) were micropaleontologically analyzed. Sampling of the surface bottom sediments was conducted from a boat and in-situ measurements of the physicochemical parameters were also made, while the sediment cores were collected with a hand drill. Micropaleontological analysis of the collected samples was carried out following the international protocol, and all the ostracods were collected, counted and identified to species level using a stereoscope and a scanning electron microscope (SEM). Sedimentological and geochemical analyses were also carried out, coupled with magnetic susceptibility measurements and 14C dating. The ostracod fauna was statistically analyzed, and multivariate statistical analyses were applied as well to investigate the correlation among the ostracods and various physical, sedimentological, geochemical and magnetic parameters. Eighteen species were recorded in Greek lake environments and their biogeographical distribution was carried out for the first time. The most abundant and frequently observed species in the total samples (living+dead specimens) were species of the family Candonidae, Neglecandona, Cypria ophtalmica and Darwinula stevensoni. The lakes were grouped according to the ostracod fauna, with abundance increasing from northern to southern lakes of Greece and diversity, in contrary, decreasing from north to south. In addition, the lakes were clustered according to depth, organic carbon content and their ecological quality status. The main factors affecting the distribution and composition of modern ostracod communities are, among others, heavy metal and nutrient concentrations in the bottom sediments of the lakes. Finally, the paleoenvironmental evolution of Lake Koronia showed slightly increased salinity between ~3000 – 1500 yr BP in a shallow environment with clear waters and the absence of macrophytes on the bottom. After ~1500 cal. yr BP the environment shifted to purely lacustrine, extremely shallow with extensive macrophyte vegetation cover. The absence of ostracods in Lakes Zazari and Chimaditis seems to be due to generally stressful conditions prevailing in the area at least during the last ~3500 years.

Αν και τα οστρακώδη, ως οργανισμοί, είναι εξαιρετικοί βιοδείκτες των φυσικοχημικών συνθηκών του περιβάλλοντος στο οποίο ζουν και θεωρούνται πολύτιμα για την αναπαράσταση και εξέλιξη του παλαιοπεριβάλλοντος καθώς παρουσιάζουν υψηλή ευαισθησία ακόμη και σε μικρές περιβαλλοντικές αλλαγές, δε χρησιμοποιούνται ευρέως για την οικολογική παρακολούθηση και κατάσταση οικολογικής ποιότητας των υδάτινων οικοσυστημάτων. Παρόλο που στην Ευρώπη και στα Βαλκάνια έχουν μελετηθεί εκτενώς, εντούτοις στην Ελλάδα οι μελέτες που αφορούν στα οστρακώδη είναι λιγοστές και αφορούν κυρίως στα θαλάσσια περιβάλλοντα και παλαιοπεριβάλλοντα. Σκοπός της παρούσας διατριβής ήταν α) να καταγραφεί η πανίδα και η βιογεωγραφική κατανομή των οστρακωδών από σύγχρονα ιζήματα δεκαπέντε φυσικών λιμνών γλυκού νερού στον ελληνικό χώρο, β) να μελετηθεί η σύνθεση και η ποικιλότητά τους, γ) να εξεταστεί η απόκριση τους σε περιβαλλοντικές και ανθρωπογενείς πιέσεις, δ) να διερευνηθούν πιθανές συσχετίσεις μεταξύ διαφόρων φυσικοχημικών και γεωχημικών παραμέτρων και της πανίδας των οστρακωδών, και ε) να διερευνηθεί ο ρόλος τους ως (παλαιο)περιβαλλοντικοί δείκτες στα σύγχρονα και Ολοκαινικά λιμναία οικοσυστήματα. Για τις ανάγκες της παρούσας διδακτορικής διατριβής αναλύθηκαν μικροπαλαιοντολογικά σύγχρονα επιφανειακά ιζήματα πυθμένα από 15 φυσικές λίμνες του ελληνικού χώρου (βόρεια Ελλάδα έως Κρήτη) καθώς από 3 πυρήνες ιζήματος (λίμνες Χειμαδίτιδα, Ζάζαρη και Κορώνεια). Η δειγματοληψία των επιφανειακών ιζημάτων πυθμένα πραγματοποιήθηκε από βάρκα και ταυτόχρονα πραγματοποιήθηκαν επιτόπιες μετρήσεις φυσικοχημικών παραμέτρων, ενώ οι πυρήνες ιζήματος λήφθηκαν με χειρογεωτρύπανο. Στα συλλεχθέντα δείγματα πραγματοποιήθηκε μικροπαλαιοντολογική ανάλυση ακολουθώντας το διεθνές πρωτόκολλο, και όλα τα οστρακώδη συλλέχθηκαν, καταμετρήθηκαν και προσδιορίστηκαν σε επίπεδο είδους με τη χρήση στερεοσκοπίου και ηλεκτρονικού μικροσκοπίου. Στα συλλεχθέντα δείγματα πραγματοποιήθηκαν ιζηματολογικές και γεωχημικές αναλύσεις, σε συνδυασμό με μετρήσεις μαγνητικής επιδεκτικότητας και ραδιοχρονολογήσεις (14C). Η πανίδα των οστρακωδών αναλύθηκε και στη συνέχεια εφαρμόστηκαν πολυπαραγοντικές στατιστικές αναλύσεις με σκοπό να διερευνηθεί η συσχέτιση της με τις φυσικοχημικές, ιζηματολογικές, γεωχημικές και μαγνητικές παραμέτρους. Καταγράφηκαν δεκαοκτώ είδη οστρακωδών και πραγματοποιήθηκε η βιογεωγραφική κατανομή τους στον ελληνικό χώρο για πρώτη φορά. Τα πιο άφθονα και πιο συχνά παρατηρούμενα είδη στο σύνολο των δειγμάτων ήταν είδη της οικογενειας των Candonidae, το Cypria ophtalmica και Darwinula stevensoni. Η πανίδα των οστρακωδών παρουσιάζει μεγαλύτερη αφθονία από τις βόρειες προς νότιες λίμνες της Ελλάδας, αλλά μεγαλύτερη ποικιλότητα στις βόρειες. Επίσης οι λίμνες ομαδοποιήθηκαν σύμφωνα με το βάθος το περιεχόμενο οργανικού άνθρακα όπως και την οικολογική τους ποιότητα. Οι κύριοι παράγοντες που επηρεάζουν την κατανομή και τη σύνθεση των σύγχρονων βιοκοινωνιών των οστρακωδών είναι μεταξύ άλλων οι συγκεντρώσεις βαρέων μετάλλων και τα θρεπτικά συστατικά. Τέλος η παλαιοπεριβαλλοντική αναπαράσταση της λίμνης Κορώνειας έδειξε συνθήκες ελαφρά αυξημένης αλατότητας από το ~3000-1500 cal. yr BP σε ένα ρηχό περιβάλλον με καθαρά ύδατα και απουσία μακροφύτων στον πυθμένα. Μετά τα ~1500 cal. yr BP η πανίδα διαφοροποιείται σημαντικά και το περιβάλλον μεταβαίνει σε καθαρά λιμναίο, εξαιρετικά ρηχό και με εκτεταμένη φυτοκάλυψη μακροφύτων. Τέλος προς στην κορυφή της ιζηματογενούς ακολουθίας οι συνθήκες αλλάζουν και πάλι καθώς η ποικιλότητα αυξάνεται σημαντικά, το περιβάλλον βαθαίνει και αποκαθίστανται οι συνθήκες καλής οξυγόνωσης των υδάτων. Η απουσία οστρακωδών στις λίμνες Ζάζαρη και Χειμαδίτιδα φαίνεται να οφείλεται στις σε συνθήκες περιβαλλοντικής πίεσης που επικρατούν στην περιοχή τουλάχιστον κατά τα τελευταία ~3500 χρόνια.