Effects of high CO2 and hypoxia on the embryonic development of European cuttlefish (Sepia officinalis)

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Amaduzzi, Angelica
Data de Publicação: 2022
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: eng
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10400.1/19330
Resumo: The increasing atmospheric CO2 concentrations due to anthropic influence is causing the acidification of the oceans, which often co-occurs with hypoxia events. These are becoming a growing concern for marine ecosystem and for aquaculture due to the potential consequences on early life stages of marine animals and in particular for invertebrates, who form their internal skeletons out of calcium carbonate. The European cuttlefish (Sepia officinalis) is an excellent model to assess the effects of climate change, since it possesses a calcium carbonate structure from early development that grows very fast with a short life cycle. The present thesis aims to determine the effects of two environmental stressors, high CO2 environment and hypoxia events, in European cuttlefish embryogenesis, hatching rates and physiological characterisation through metabolic rates. Two separate experiments were performed. During the first, the cuttlefish eggs were kept in an indoor semi-open system with temperature maintained stable at 20°C and exposed to an acute event of hypoxia during the embryonic development (either day 10 or day 20). In the second experiment, cuttlefish eggs were kept in an outdoor open seawater system and exposed to high CO2 or to high CO2 plus an acute hypoxia event (either day 10 or day 20). The data obtained from the first experiment suggested that the embryos, kept at a temperature of 20°C can manage an acute hypoxia event without substantial consequences on their development. In the second outdoor experiment a much lower hatching rate was recorded, compared to the first experiment. This might be reconnected to the higher water temperature. Based on these data, it can be hypothesised that temperature could be one of the main key factors for cuttlefish eggs survival. Even so, it is not clear which is the threshold temperature for cuttlefish during the embryonic development.
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spelling Effects of high CO2 and hypoxia on the embryonic development of European cuttlefish (Sepia officinalis)CO2CuttlefishEmbryogenesisHypoxiaMetabolismSepia officinalisDomínio/Área Científica::Ciências Naturais::Outras Ciências NaturaisThe increasing atmospheric CO2 concentrations due to anthropic influence is causing the acidification of the oceans, which often co-occurs with hypoxia events. These are becoming a growing concern for marine ecosystem and for aquaculture due to the potential consequences on early life stages of marine animals and in particular for invertebrates, who form their internal skeletons out of calcium carbonate. The European cuttlefish (Sepia officinalis) is an excellent model to assess the effects of climate change, since it possesses a calcium carbonate structure from early development that grows very fast with a short life cycle. The present thesis aims to determine the effects of two environmental stressors, high CO2 environment and hypoxia events, in European cuttlefish embryogenesis, hatching rates and physiological characterisation through metabolic rates. Two separate experiments were performed. During the first, the cuttlefish eggs were kept in an indoor semi-open system with temperature maintained stable at 20°C and exposed to an acute event of hypoxia during the embryonic development (either day 10 or day 20). In the second experiment, cuttlefish eggs were kept in an outdoor open seawater system and exposed to high CO2 or to high CO2 plus an acute hypoxia event (either day 10 or day 20). The data obtained from the first experiment suggested that the embryos, kept at a temperature of 20°C can manage an acute hypoxia event without substantial consequences on their development. In the second outdoor experiment a much lower hatching rate was recorded, compared to the first experiment. This might be reconnected to the higher water temperature. Based on these data, it can be hypothesised that temperature could be one of the main key factors for cuttlefish eggs survival. Even so, it is not clear which is the threshold temperature for cuttlefish during the embryonic development.O aumento das concentrações atmosféricas de CO2 devido à influência antrópica, tem vindo a causar a acidificação dos oceanos. Esse fenómeno geralmente ocorre, em conjunto com eventos de hipoxia, devido a temperaturas elevadas da água e escorrência de nutrientes da terra. Devido ao declínio global do oxigénio oceânico e ao aumento das atividades humanas, a acidificação e a hipoxia dos oceanos tornaram-se uma grande preocupação para a biodiversidade marinha e dois importantes fatores de stress ambientais para os ecossistemas marinhos. No entanto, a hipoxia e a diminuição do pH da água podem-se tornar problemas potenciais para as condições de aquacultura intensiva, devido aos custos associados à manutenção da saturação de oxigénio assim como, de possíveis consequências nos primeiros tempos de vida dos animais marinhos. Isso é particularmente importante em invertebrados, que formam seus esqueletos internos de carbonato de cálcio. O choco Europeu (Sepia officinalis) é um excelente modelo para avaliar os efeitos das alterações climáticas, nomeadamente no que diz respeito ao aumento de CO2 e eventos de hipoxia nos oceanos, uma vez que esta espécie de cefalópodes possui uma estrutura de carbonato de cálcio desde o início do desenvolvimento, que cresce muito rapidamente com um ciclo de vida curto. Apesar disso, poucos estudos indicam até que ponto a combinação de ambos fatores de stress (aumento de CO2 e hipoxia) provocam efeitos adaptativos neste animal, especialmente durante o desenvolvimento embrionário. A presente tese visa determinar os efeitos de dois fatores de stress ambientais, ambiente de elevado CO2 e eventos de hipoxia, na embriogénese, taxas de eclosão e caracterização fisiológica através de taxas metabólicas de S. officinalis. Foram realizados dois testes em separado. Durante o primeiro, os ovos de choco (n = 2400) foram mantidos em sistema semiaberto com temperatura constante a 20°C. Os ovos foram expostos a um evento agudo de hipoxia durante o desenvolvimento embrionário (no dia 10 ou no dia 20) de forma a estudar como estes eventos podem afetar o desenvolvimento embrionário e a eclosão. Na segunda experiência, 1200 ovos de choco foram mantidos em sistema aberto. Os ovos foram divididos em quatro grupos: controle, expostos a CO2 400ppm, e três grupos mantidos em 1600 ppm de CO2, dois dos quais também foram expostos a um evento de hipoxia aguda (dia 10 ou dia 20). O objetivo foi analisar como diferentes tratamentos afetam a formação de ossos de choco, desenvolvimento embrionário e taxa de eclosão. Em ambas experiencias foram registrados e analisados estatisticamente dados de qualidade da água (salinidade, oxigénio, temperatura e pressão atmosférica), dados biológicos (peso húmido médio (MWW), taxa de eclosão, peso da progénie) e dados metabólicos (consumo de oxigénio). Os resultados da primeira experiência mostraram uma forte variabilidade do peso dos ovos ao longo do tempo relacionada ao desenvolvimento embrionário. A análise estatística do MWW mostrou que todos os efeitos considerados (tempo, eventos de hipoxia e tratamentos), foram estatisticamente diferentes. Apesar disso, o tempo (dias de amostragem) pode ser considerado o único fator relevante. Os animais mantidos a uma temperatura estável de 20°C começaram a eclodir a partir do dia 25, com um pico de eclosão por volta do dia 40. A taxa de eclosão foi em torno de 70- 75%. Uma taxa de malformação entre 1 e 3.5% foi observada na progénie. Os dados obtidos sugerem que os embriões, mantidos a uma temperatura de cerca de 20°C, podem gerir um evento de hipoxia aguda sem consequências substanciais no seu desenvolvimento. Os resultados da segunda experiência demostram uma variabilidade de MWW semelhante à observada na primeira experiência. Um déficit semelhante foi observado também nos registos dos dados da respirometria. A análise estatística do MWW mostrou que todos os efeitos considerados (tempo e tratamentos) foram estatisticamente diferentes. Apesar disso, o tempo (dias de amostragem) pode ser considerado o único relevante. Os ovos começaram a eclodir por volta do dia 20 a uma temperatura média da água de 22.4°C. A taxa de eclosão foi em torno de 31.7% e nenhuma malformação foi registada. Como os ovos foram obtidos dos mesmos reprodutores e a qualidade da água foi a mesma, pode-se considerar que a diferença significativa na progénie pode estar relacionada com a temperatura. Os ovos foram mantidos ao ar livre em água que atingia frequentemente 27°C durante os dias mais quentes, não havendo portanto qualquer controlo da temperatura. Com base nestes dados, considera-se como hipótese de que a temperatura pode ser um dos principais fatores chave para a sobrevivência dos ovos de choco. Apesar disso, não foi evidente qual é a temperatura limite para o choco durante o desenvolvimento embrionário. Mais estudos devem ser realizados, considerando a incubação múltipla e testando a exposição a longo prazo para entender como as mudanças climáticas afetam esta fase do ciclo de vida do choco.Fuentes, JuanSykes, AntónioSapientiaAmaduzzi, Angelica2023-03-28T11:08:03Z2022-10-212022-10-21T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10400.1/19330TID:203262379enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-07-24T10:31:47Zoai:sapientia.ualg.pt:10400.1/19330Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T20:08:59.339521Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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