Impacts of marine heatwaves on rhodolith productivity: potential interactions with nutrient enrichment

• Autor(a) principal: Paumier-Bianco, Alexandre Manuel
• 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/10400.1/19189
• topic: Heatwave; Coralline algae; Photosynthesis; Calcification; Mesocosm

Os bancos de rodólitos/maerl são formados por algas vermelhas coralinas, não-geniculadas, de vida livre, que criam estruturas tridimensionais calcificadas, através da precipitação de carbonato de cálcio sob a forma de calcite. São conhecidos como importantes engenheiros de ecossistemas em águas costeiras polares, temperadas e tropicais em todo o mundo, fornecendo habitat, refúgio e viveiro para as comunidades bentónicas associadas. A grande extensão destas comunidades cria ecossistemas bentónicos costeiros que contribuem grandemente para a produção de carbonato marinho e são frequentemente considerados como sumidouros de carbono. Apesar da grande extensão destes campos no Atlântico, poucos estudos abordam a sua produtividade global e o impacto que sobre eles exercem as alterações climáticas. O objectivo deste estudo é abordar o potencial impacto combinado do stress térmico e nutricional sobre os rodólitos do género Phymatolithon sp., distribuídos por todo o arquipélago da Madeira (Portugal). Estas algas e as suas comunidades associadas são afectadas pelas alterações climáticas globais, entre elas o aumento das temperaturas a nível mundial. Contudo, este fenómeno global é também marcado pelo aumento da magnitude e frequência de eventos de temperaturas extremamente elevadas (Ondas de Calor Marinhas, dito Marine Heatwaves - MHWs). As ondas de calor marinhas, tal como definidas por Hobday et al. (2016), são eventos anómalos de altas temperaturas, quando as temperaturas da água do mar excedem os limiares sazonais e/ou regionais estabelecidos durante um período de pelo menos 5 dias. Estas tendências de variações de factores ambientais, definidos como factores de stress global, aumentaram em mais de metade ao longo do século XX, e prevê-se que a sua frequência continue a multiplicar-se nas próximas décadas. A termotolerância ao aumento da temperatura e a eventos extremos é vital para estas espécies e as comunidades que a elas estão associadas, dado que a temperatura é um factor limitativo a todas as reacções bioquímicas e, através da actividade enzimática e celular alterada, influindo diretamente sobre o crescimento e a sobrevivência. Varias espécies de rodólitos têm mostrado perdas diretas em populações, assim como competição indireta e pressão de predação por mudanças bioticas, tanto no Oeste e Norte da Austrália, como no Atlântico Norte. Infelizmente, este fenómeno não constitui o único perigo, uma vez que também estão expostos a eventos de stress localizados, ou a factores locais de stress. A urbanização costeira em conjunção com padrões de precipitação alterados pode aumentar a entrada de nutrientes de origem terrestre, criando eventos localizados de enriquecimento de nutrientes. As regiões densamente povoadas estão, portanto, sujeitas a uma maior entrada antropogénica indirecta e directa de nitratos, amoníaco e fosfatos, aumentando o risco de eutrofização das águas costeiras. O aumento da entrada de nutrientes traduz-se no crescimento oportunista de certas algas, nomeadamente macroalgas verdes e fitoplâncton, afectando os estados tróficos dos ecossistemas locais. Fisiologicamente, o pequeno número de estudos existentes sobre as algas coralinas mostra uma variedade de respostas ao enriquecimento de nutrientes, com a produção primária e a calcificação mostrando respostas específicas das espécies a este factor de stress local. A espécie Phymatolithon sp., uma das 4 espécies predominantes que compõem os bancos de rodolitos do Caniçal (Madeira), bem como outros bancos do arquipélago da Madeira (Portugal), demonstrou estar geneticamente ligada à espécie continental Phymatolithon lusitanicum e à espécie Phymatolithon calcareum do Atlântico Norte (Pardo et al. 2014, Neves et al. 2021). A espécie Phymatolithon sp. é assim representativa dos bancos de rodólitos e da biodiversidade a eles associada nas águas costeiras oligotróficas do arquipélago da Madeira. Para melhor compreender a resposta destas comunidades, é necessário considerar a resposta fisiológica aos factores de stress globais e locais das suas espécies âncora. Assim, a resposta fisiológica primária de produção e calcificação de Phymatolithon sp. às ondas de calor e ao enriquecimento de nutrientes, bem como o efeito combinado de ambos os factores, foram analisados para perceber o efeito que estes eventos têm sobre a fisiologia da espécie. Os dados de temperatura e irradiância dos sensores instalados no banco de rodólitos do Caniçal e do programa Marine Heatwave Tracker (Schlegel 2018) foram utilizados para calcular e simular uma réplica experimental de uma onda de calor significativa e realista para esta localização. O conceito experimental foi simular uma MHW «forte» de 2 semanas (Hobday et al. 2016), com um pico de 4 dias de 24,5°C e um aumento e diminuição linear de 0,5°C/dia. O evento simulado de MHW teve um efeito positivo na calcificação: tanto na luz como no escuro, os rodólitos responderam com um crescimento inicial da calcificação. O enriquecimento com nutrientes induziu maiores taxas de calcificação, mas praticamente não produziu alterações na fotossíntese e na respiração. A calcificação foi significativamente sensível ao factor temperatura extrema, uma vez que tanto a calcificação na luz como no escuro tiveram grandes aumentos comparativamente com os valores iniciais. A resposta ao evento combinado de MHW e enriquecimento em nutrientes mostrou aumentos nas taxas de fotossíntese e calcificação, bem como nos integrais diários do volume destes processos. A calcificação foi particularmente reactiva: como a precipitação de CaCO3 seguiu as mesmas tendências que quando exposto ao enriquecimento de nutrientes sob temperatura de controlo, o tratamento MHWxNE obteve taxas mais elevadas de calcificação à luz do que o tratamento MHW. A interacção encontrada significa que a resposta fisiológica ao evento MHW é ampliada pela resposta positiva ao enriquecimento de nutrientes. Isto permite inferir a potencial resposta da produtividade dos bancos madeirenses e a produção de carbonatos face à crescente frequência e intensidade dos eventos de anomalias térmicas e os potenciais efeitos interactivos com a eutrofização costeira. De notar que o estudo que aqui se apresenta traduz resultados ligados apenas a dois factores de stress durante uma época específica do ano. Para compreender plenamente o padrão de resposta fisiológica de Phymatolithon sp. seriam necessários estudos semelhantes que tivessem em consideração a sazonalidade e o aumento da exposição ao stress.