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Oct 31, 2023

Respostas funcionais e estruturais de comunidades planctônicas a ondas de calor experimentais consecutivas em águas costeiras do Mediterrâneo

Relatórios Científicos volume 13,

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 8050 (2023) Cite este artigo

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Prevê-se que a frequência das ondas de calor marinhas (HWs) aumente no Mar Mediterrâneo nas próximas décadas. Um experimento de mesocosmo in situ foi realizado em uma lagoa mediterrânea por 33 dias. Três mesocosmos foram usados ​​como controles seguindo a temperatura natural da lagoa. Em três outros, dois HWs de + 5 °C em relação aos controles foram aplicados do dia experimental (d) 1 ao d5 (HW1) e do d11 ao d15 (HW2). Dados de alta frequência de oxigênio, clorofila-a (chl-a), temperatura, salinidade e luz de sensores imersos em todos os mesocosmos foram usados ​​para calcular a produção primária bruta (GPP), respiração (R) e crescimento e perda de fitoplâncton (µ) (L) taxas. Os nutrientes e a estrutura da comunidade fitoplanctônica dos pigmentos também foram analisados. HW1 aumentou significativamente GPP, R, chl-a, µ e L em 7 a 38%. HW2 deslocou o sistema em direção à heterotrofia apenas aumentando R. Assim, os efeitos do primeiro HW resultaram na atenuação dos efeitos de um segundo HW nos processos do fitoplâncton, mas não na respiração da comunidade, que era fortemente regulada pela temperatura. Além disso, a sucessão natural do fitoplâncton de diatomáceas a haptófitas foi alterada por HWs, pois cianobactérias e clorofitas foram favorecidas em detrimento de haptófitas. Esses resultados indicam que os HWs têm efeitos pronunciados nas comunidades planctônicas do Mediterrâneo.

Ondas de calor marinhas (HWs) são eventos extremos de aquecimento de curta duração que duram de vários dias a meses1. Prevê-se que aumentem em frequência e intensidade na maioria dos oceanos em todo o mundo nas próximas décadas devido às mudanças climáticas globais2,3. Prevê-se que tenham profundas consequências económicas e ecológicas4, particularmente nas águas costeiras do Mediterrâneo, que se encontram entre as áreas mais sensíveis à sua intensificação5,6,7,8. Portanto, estudar os efeitos dos HWs nas funções fundamentais do plâncton dentro dos ecossistemas é essencial porque as comunidades planctônicas desempenham papéis cruciais nos ecossistemas aquáticos9.

O fitoplâncton produz oxigênio por meio de sua fotossíntese, essa produção de oxigênio pode ser chamada de produção primária bruta (GPP), enquanto todo plâncton consome oxigênio por meio da respiração aeróbica (R). Portanto, o equilíbrio entre GPP e R fornece um índice metabólico para os sistemas aquáticos, representando sua capacidade de atuar como consumidores líquidos (GPP < R) ou produtores líquidos de oxigênio (GPP > R10,11). Esse equilíbrio está parcialmente relacionado às taxas de crescimento (µ) e perda (L) do fitoplâncton, que fornecem um índice trófico do sistema relacionado à aptidão do fitoplâncton e de seus fatores de perda, como predação e lise viral12,13,14 . Mesmo que todo o fitoplâncton participe da produção primária, os grupos funcionais do fitoplâncton podem diferir em seus papéis nas teias alimentares e nos ciclos biogeoquímicos. Isso significa que a estrutura da comunidade fitoplanctônica está intimamente relacionada tanto ao equilíbrio entre GPP e R quanto ao equilíbrio entre µ e L15. Portanto, avaliar a resposta desses índices e da estrutura da comunidade fitoplanctônica é fundamental para aprofundar nossa compreensão das consequências dos HWs no funcionamento do ecossistema costeiro mediterrâneo.

Os efeitos de HWs naturais nas comunidades e processos planctônicos têm sido estudados em vários sistemas. Observações relataram efeitos importantes de HWs em comunidades de fito e zooplâncton em várias regiões16,17,18,19,20 e sugeriram que HWs tendem a aumentar a biomassa de fitoplâncton em altas latitudes no oceano aberto com diminuições em latitudes médias e tropicais21,22 ,23. Consequentemente, um modelo físico-biogeoquímico e uma estrutura HW marinha previram efeitos positivos de HWs na biomassa do fitoplâncton e crescimento em condições de abundância de nutrientes, e o oposto em condições de depleção de nutrientes24,25. Essas previsões foram confirmadas no Mar Mediterrâneo com deficiência de P, onde a produção de fitoplâncton foi afetada negativamente por um aumento na intensidade, frequência e duração de HWs desde 198526. No entanto, as respostas podem ser substancialmente mais complexas em áreas costeiras e dependem notadamente em processos costeiros locais, como entradas de nutrientes alóctones da terra e trocas com o compartimento bentônico27. De fato, os efeitos indiretos e/ou em cascata do aquecimento nos sistemas costeiros têm sido freqüentemente destacados durante os estudos experimentais, dependendo das condições ambientais e da estrutura da comunidade planctônica no início do estudo. Nas águas costeiras do Mediterrâneo, o aquecimento mostrou promover ou deprimir o crescimento do fitoplâncton e da biomassa, dependendo do estado nutricional; alterar a estrutura e as interações entre as comunidades de fitoplâncton, zooplâncton, bacterioplâncton e virioplâncton; e mudar o estado metabólico para autotrofia ou heterotrofia28,29,30,31,32,33. Além dos efeitos do aquecimento que ocorrem diretamente durante as HWs, foram relatadas mudanças nas funções-chave do plâncton e na estrutura da comunidade após o fim da HW32,34,35. Isso significa que as respostas dos ecossistemas aquáticos aos HWs são mais complexas do que uma simples resposta ao aquecimento. Embora a maioria dos estudos tenha se concentrado em um HW experimental32,36,37, as consequências de HWs consecutivos são amplamente desconhecidas e, portanto, quase imprevisíveis, e pode ser difícil inferir as respostas a HWs consecutivos a partir de estudos que investigam apenas um HW. De fato, a exposição a um primeiro HW pode impactar as respostas a um segundo HW porque pode modificar profundamente os processos funcionais, a composição da comunidade e as interações entre os organismos, que por sua vez podem determinar as respostas ao segundo HW.