Implicações fisiológicas e ecológicas de interações interespecíficas nos bentos marinho-subsídio para o entendimento de cenários atuais e futuros

Abstract

As interações bióticas são cada vez mais conhecidas para moldar a estrutura das comunidades e o funcionamento de ecossistemas. Recentemente, as interações estiveram no foco de um bom número de esforços acadêmicos considerando as implicações das mudanças globais, especialmente o aquecimento do oceano (OW) e a acidificação dos oceanos (OA) nos ecossistemas marinhos. Nos ambientes costeiros, as macroalgas estão entre os taxons mais importantes, pois são frequentemente os produtores primários mais abundantes e formam a base das redes alimentares. No entanto, devido à sua natureza séssil, elas são especialmente vulneráveis aos efeitos das mudanças climáticas. A fim de compreender melhor como as interações das espécies serão afetadas pelos estressores globais, é necessária uma linha de base, caracterizando como as interações entre espécies operam nas condições atuais. O primeiro capítulo desta tese tenta caracterizar os efeitos das interações interespecíficas na fisiologia das macroalgas e os efeitos subsequentes na palatabilidade para um herbívoro, o ouriço-do-mar Echinometra lucunter. Os espécimes de Jania rubens, Sargassum cymosum e Ulva lactuca foram coletados de manchas monospecíficas ou de "associações", onde os indivíduos estavam em contato físico com uma das outras respectivas espécies, tanto no verão como no inverno. A fotossíntese líquida, a atividade da redutase de nitrogênio e o conteúdo de pigmento, fenol e carbonato de algas foram avaliados entre associações diferentes nas duas estações. Os resultados indicam que, além da variação sazonal na maioria dos parâmetros medidos, as interações entre algas podem mudar em magnitude e sinal (positivo, negativo ou neutro) em diferentes estações. O teste de herbivoria sem escolha revelou que Jania e Ulva foram consumidos em taxas mais elevadas quando estavam associados um ao outro, enquanto que Sargassum não foi afetado. Esses resultados sugerem que interações interespecíficas de macroalgas podem influenciar a fisiologia dos protagonistas das interações, o que pode afeta sua palatabilidade, interferindo de maneira importante na estrutura e papel ecológico das comunidades fitobênticas. No Segundo capítulo avaliamos os efeitos dos estressores globais relacionados as mudanças climáticas sobre as espécies e suas interações. Para isso em mesocosmo avaliamos a biologia de algas calcárias e entre esta e herbívoros em condições de OW e OA. A alga preferencialmente consumida do primeiro experimento foi selecionada para este teste (Jania rubens) com o ouriço-do-mar E. lucunter. Para isso em tanque foram for a estabelecidas em quadruplicate, por 21 dias, condição controle (atual), condição OW (aquecida), OA (acidificada) e OW + OA (aquecida e acidificada). A fisiologia de Jania não foi afetada pelo aumento da temperatura (+ 4 ° C) e adição de CO2 (1,000 ppm), mas as alterações na composição bioquímica do tecido algal foram encontradas. As taxas metabólicas do ouriço-do-mar E. lucunter foram maiores no tratamento de temperatura ambiente e alto pCO2, e ensaios de alimentação mostraram que isso influenciou o consumo, com taxas de alimentação aumentadas neste tratamento. Os resultados aqui mostram que, embora a composição bioquímica de algas tenha sido afetada pelo futuro pCO2, pelo menos no curto prazo, os efeitos diretos para o metabolismo do ouriço do mar foram mais importantes para impactar essa interação com algas e herbívoros.

Abstract : Biotic interactions are increasingly known to shape ecosystem community structure. Recently, there has been a renewed focus on species interactions in light of global change, especially ocean warming (OW) and ocean acidification (OA) in marine ecosystems. In coastal environments, macroalgae are among the most important taxa as they are often the most abundant primary producers and form the base of food webs. However, due to their sedentary nature, they are also vulnerable to the effects of climate change. In order to better understand how species interactions will be affected by climate change stressors, a solid understanding of how interspecies interactions operate under present-day conditions is needed. The first chapter of this thesis attempts to characterize seasonal variation in macroalgal physiology and biochemistry, and how interspecific interactions might affect algal fitness and palatability to a sea urchin herbivore (Echinometra lucunter). Specimens of Jania rubens, Sargassum cymosum, and Ulva lactuca were collected from monospecific patches or from associations , where individuals were in physical contact with another species, in both summer and winter. Net photosynthesis, nitrogen reductase activity, and pigment, phenolic and carbonate content of algae were evaluated among different associations across the two seasons. The results indicate that in addition to seasonal variation in most parameters measured, interactions between algae could change in both magnitude and sign (positive, negative or neutral) in different seasons. The no-choice herbivory assay (conducted in winter) revealed that both Jania and Ulva were consumed at higher rates when they were associated with each other, whereas Sargassum was not affected. These results suggest that macroalgae may influence the physiology and biochemical composition of neighboring species and subsequently affect their palatability, which may influence local community structure. To further evaluate effects of species interactions under climate change stressors, an experiment was performed to assess algal-herbivore interactions under OW and OA conditions. The most preferentially consumed algae from the first experiment (Jania rubens) and the sea urchin E. lucunter were evaluated in a 21-day mesocosm study with treatments of control, OW, OA, and OW+OA. Algal physiology was unaffected by increased temperature (+4°C) and pCO2 (1,000 ppm), but changes in the biochemical composition of the algal tissue were found. Metabolic rates of the sea urchin E. lucunter were higher in the ambient temperature, high pCO2 treatment, and feeding assays showed that this influenced consumption, with increased feeding rates in this treatment. The results here show that although algal biochemical composition was affected by future pCO2, at least in the short term, direct effects to sea urchin metabolism were more important for impacting this algae-herbivore interaction.