Research Paper

Microbial mats as shelter microhabitat for amphipods in an intermittent karstic spring

Le tapis microbien comme microhabitat refuge pour les amphipodes dans une source karstique intermittente

¹ Department of Biology, Faculty of Science, University of Zagreb, Rooseveltov trg 6, 10000 Zagreb, Croatia
² Division for Marine and Environmental Research, Ruđer Bošković Institute, Bijenička cesta 54, 10000 Zagreb, Croatia
³ 3 Minnesota Drive, Great Sankey, WA5 3SY Warrington, UK
⁴ Department of Biology, Faculty of Natural Sciences and Mathematics, University of Tuzla, Univerzitetska 4, 75000 Tuzla, Bosnia and Herzegovina

^* Corresponding author: petar.zutinic@biol.pmf.hr

Abstract

Microbial mats represent complex communities where cyanobacteria and diatoms as key organisms provide shelter for diverse assemblages of aquatic invertebrates, like the small stygophilous amphipod Synurella ambulans. Studies addressing such communities in the karst springs have rarely examined springheads, and have ignored intermittent springs. During high flow conditions the stygophilic crustaceans are flushed to the surface of a temporary stream Krčić where microbial mats prevent their drift and enables their successful retreat into underground in the periods of drought. The objective of this study was to characterize the microbial mat community of the Krčić Spring as a shelter for S. ambulans during strong current and high water level. Representative samples for diatom and cyanobacterial species identification and composition, as well as the fresh mat material for potential animal activity and cyanobacterial phylogenetic analysis were collected. The most dominant diatom was Achnanthidium minutissimum, whilst Fragilaria capucina, Meridion circulare, Navicula cryptocephala and Nitzschia palea had abundance greater than 0.5%. Morphological observations of cyanobacteria revealed that Phormidium favosum was the most dominant, with Hydrocoleum muscicola as a subdominant. Cyanobacterial phylogenetic relationship revealed two distinct clusters: (i) "Phormidium cluster", confirming morphological observations in both winter and spring samples, and (ii) "Wilmottia cluster", a first report for Croatia and found exclusively in the winter sample. Laboratory observations revealed a small stygophilic amphipod S. ambulans, hiding and feeding inside the pockets of fresh microbial mat. The intermittent Krčić Spring as a predator-free and competitor-free ecosystem provides a spatiotemporal conformity between microbial mat and stygophilous amphipod.

Résumé

Le tapis microbien représente des communautés complexes où les cyanobactéries et les diatomées, en tant qu'organismes clés, abritent divers assemblages d'invertébrés aquatiques, comme les petits amphipodes stygophiles Synurella ambulans. Les études portant sur ces communautés dans les sources karstiques ont rarement examiné ces têtes de ruisseaux et ont ignoré les sources intermittentes. Dans les conditions d'écoulement fort, les crustacés stygophiles sont chassés à la surface d'un ruisseau temporaire Krčić où les tapis microbiens empêchent leur dérive et permettent leur retrait dans le sous-sol en période de sécheresse. L'objectif de cette étude était de caractériser la communauté du tapis microbien de la source Krčić comme abri pour S. ambulans lors de forts courants et de niveaux d'eau élevés. La diatomée la plus dominante était Achnanthidium minutissimum, tandis que Fragilaria capucina, Meridion circulare, Navicula cryptocephala et Nitzschia palea avaient une abondance supérieure à 0.5%. Des échantillons représentatifs ont été prélevés pour l'identification et la composition des espèces de diatomées et de cyanobactéries, ainsi que de la matière organique du tapis servant à l'activité animale potentielle et pour l'analyse phylogénétique des cyanobactéries. Les observations morphologiques des cyanobactéries ont révélé que Phormidium favosum était le plus dominant, avec Hydrocoleum muscicola comme sous-dominant. L'étude phylogénétique cyanobactérienne a révélé deux groupes distincts: (i)"groupe de Phormidium", confirmant les observations morphologiques dans des échantillons hivernaux et printaniers, et (ii)"groupe de Wilmottia", une première observation pour la Croatie trouvé exclusivement dans l'échantillon hivernal. Les observations en laboratoire ont révélé qu'un petit amphipode stygophile S. ambulans se cachait et se nourrissait dans les poches du tapis microbien. La source Krčić intermittente en tant qu'écosystème sans prédateurs et sans concurrents assure une conformité spatio-temporelle entre le tapis microbien et l'amphipode stygophilique.