#M182 How to measure fragile organisms without catching them?

This XOFOS deployment during the night was accompanied by flying fish./ Dieser XOFOS Nacht-Einsatz wurde von Fliegenden Fischen begleitet.

Quantifying the biomass of gelatinous organisms, especially those from the deep sea, is a big challenge. Since gelatinous organisms are so fragile, they get destroyed easily by nets and thus we only find unidentifiable remains in net catches. This is something we also see in our multinet samples, which we collected during day and night vertical tows here on the M182 cruise. With the multinet we sample discrete depths by opening and closing multiple nets during a single tow. This allows us to collect organisms and quantify their diversity, composition and biomass for each depth interval. Multinet sampling works well for most pelagic crustaceans, smaller fish and some jellyfish. However, most jellyfish that we catch in our nets are already destroyed and we see only pieces of the organism.

In order to observe whole gelatinous organisms in their natural habitat we also deploy a novel stereo camera system. The two cameras record videos with a 4k by 4k resolution at 25 frames per second and the lenses were developed specifically for aquatic purposes by Carl Zeiss Jena GmbH in collaboration with GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel. We conducted horizontal video transects with the cameras mounted on a XOFOS frame from depths between 0m and 1500m.

The siphonophore Apolemia sp. is a colonial cnidarian that can exceed a length of 30 m./ Die Staatsqualle Apolemia sp. ist ein Nesseltier, das aus mehreren Individuen besteht und länger als 30 m wachsen kann.

By now, in the fourth week, we already collected more than 20 hours of video material from these deep-sea transects and got first impressions of the pelagic gelatinous organisms and their distribution in the region between Cabo Verde and Mauretania. Compared to our multinet samples, we see more diverse jellyfish in the transect footage. For example, we see a multitude of siphonophores, which we don´t catch in the net. Siphonophores are colonial jellyfish that belong to the Phylum Cnidaria of which the Portuguese Man o´War is probably the best-known representative. Praya dubia and Apolemia sp., which can grow up to more than 30 m long, are examples of the siphonophores we see with the stereo camera. Another prevalent Phylum in the deep-sea water column are Ctenophora, a group known as comb jellies. They occur in many different shapes, sizes, and colours. One of them is a red ctenophore that has two tentacles that exceed the multiple length of its body. They ambush any bypassing prey by discharging sticking cells on their tentacles (colloblasts).

The purpose of using two cameras (i.e. stereo) instead of only a single camera is that we aim to measure the size of organisms to calculate their biomass with the help of allometric equations. From the known distance and angle between the two cameras we can determine the position of every point of an object, through its positioned offset between the two synchronized recordings, in three dimensions (i.e. triangulation). Via this method, we will be able to measure the size and quantify the biomass of the gelatinous organisms that wee see in our video transects. The size and biomass of many of these organisms will be determined for the first time.

This cestid ctenophore has a distinct elongated flat shape and although it is plankton it moves like a fish (undulating) when disturbed./ Diese Rippenqualle der Cestidae hat eine charakteristische abgeflachte längliche Form und obwohl sie zum Plankton gehört, bewegt sie sich wie ein Fisch (wellenförmig) wenn sie gestört wird.

#M182 Wie werden fragile Organismen gemessen ohne sie zu fangen?

Das Quantifizieren der Biomasse von gelatinösen Organismen, insbesondere der Tiefsee, ist eine große Herausforderung. Da gelatinöse Organismen so zerbrechlich sind, werden sie leicht durch Netze zerstört. Somit finden wir in den Netzen nur Reste, die nicht mehr identifizierbar sind. Das sehen wir auch bei unseren Multinetz-Proben, die wir auf der M182 Fahrt bei Tag und Nacht in vertikalen Schleppfängen gesammelt haben. Durch das konsekutive Schließen und Öffnen mehrerer Netze nehmen wir mit dem Multinetz Proben aus verschiedenen Tiefen. Auf diese Weise können wir Organismen sammeln und ihre Vielfalt, Zusammensetzung und Biomasse für jede Tiefe quantifizieren. Dies funktioniert gut für die meisten pelagischen Krebstiere, kleinere Fische und einige Quallen. Jedoch sind die meisten Quallen, die wir mit unseren Netzen fangen, bereits zerstört und wir sehen nur noch Fragmente dieser Tiere.

Um intakte Quallen in ihrem natürlichen Lebensraum beobachten zu können, setzen wir auch ein neuartiges Stereokamerasystem ein. Die beiden Kameras zeichnen Videos mit einer 4k x 4k-Auflösung bei 25 Bildern pro Sekunde auf. Die Objektive wurden von Carl Zeiss Jena GmbH in Zusammenarbeit mit dem GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel speziell für aquatische Zwecke entwickelt. Die Kameras wurden an einem XOFOS-Rahmen montiert und horizontale Video-Transekte in Tiefen zwischen 0m und 1500m durchgeführt.

This red cydippid ctenophore ambushes any bypassing prey by discharging sticking cells on their long tentacles./ Diese rote Rippenqualle der Cydippida lauert in der Wassersäule jeglicher vorbeikommenden Beute auf, die an den entladenen Klebzellen der langen Tentakel hängen bleiben.

Bereits in der vierten Woche haben wir bereits mehr als 20 Stunden Videomaterial von diesen Tiefsee-Transekten gesammelt und somit erste Eindrücke von den pelagischen gelatinösen Tieren und ihrer Verbreitung in der Region zwischen Cabo Verde und Mauretanien erhalten. Im Vergleich zu unseren Multinetz-Proben sehen wir in den Video-Aufnahmen eine größere Vielfalt an Quallen. Zum Beispiel sehen wir eine Vielzahl von Staatsquallen (Siphonophoren), die wir nicht mit dem Multinetz fangen. Staatsquallen sind koloniale Quallen, die zum Stamm der Nesseltiere (Cnidaria) gehören. Der wohl bekannteste Vertreter der Staatsquallen ist die Portugiesische Galeere. Praya dubia und Apolemia sp., die größer als 30 m lang werden können, sind einige Beispiele für Staatsquallen, die wir mit der Stereokamera sehen. Ein weiteres weit verbreitetes Phylum in der Tiefsee sind Ctenophora, eine Gruppe, die als Rippenqualle bekannt ist. Sie kommen in vielen verschiedenen Formen, Größen und Farben vor. Eine von ihnen ist eine rote Rippenqualle der Cydippida, die zwei Tentakel der mehrfachen Länge des Körpers besitzt. Sie lauern Beute in der Wassersäule auf, die an den entladenen Klebzellen (Colloblasten) der Tentakel hängen bleiben.

Wir verwenden zwei Kameras (d. h. Stereo) anstelle von nur einer Kamera, da wir so die Größe und das Volumen der Organismen messen können, um anschließend ihre Biomasse mit Hilfe allometrischer Gleichungen zu berechnen. Anhand des bekannten Abstands und Winkels zwischen den beiden Kameras können wir die Position jedes Punktes eines Objekts durch seinen Versatz zwischen den beiden synchronisierten Aufnahmen in drei Dimensionen bestimmen (d. h. Triangulation). Mit dieser Methode können wir die Größe und Biomasse der gelatinösen Organismen messen, die wir in unseren Video-Transekten sehen. Die Größe und Biomasse vieler dieser Organismen wird so zum ersten Mal bestimmt.

This blog was prepared by Nis Hansen from GEOMAR Helmholtz Centre for Ocean Research Kiel.

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