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Publication
Effects of disturbance and stress on the reproductive modes of marine plants
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
| 35.43 MB | Adobe PDF |
Advisor(s)
Abstract(s)
Seagrass populations are declining worldwide due to human activities and rapid climate
changes. Marine plants achieve population growth by a combination of sexual and clonal
reproduction, and their relative contribution to population life history is poorly studied.
Seagrasses are limited by light at the lower depth limit of distribution and by hydrodynamic
action at the upper limit. Literature suggests a differentiated demography and genetic
structure along the depth gradient, from higher contribution of sexual reproduction at
shallower depths to a progressively larger contribution of clonal propagation deeper. In the
first chapter we found that along a depth gradient more Cymodocea nodosa seedlings where
lost at shallow depths than at deeper levels. The hypothesis of a differentiated reproductive
balance along the depth gradient was tested in the second chapter, by analysing the
demography and genetic structure of seagrass meadows along depth gradients. The results
showed a heterogeneous pattern of genotypic richness and clonal structure, likely
influenced by local acclimation and stochasticity. In the third chapter, the re-colonization
strategies after perturbation along a C. nodosa meadow were investigated. Initially
recolonization was mainly clonal, but after winter the study areas had loss biomass and only
few shoots remained. Though the areas did not fully recover, genotypic richness increased
along time in the perturbed areas, demonstrating the relevance of sexual reproduction at
any depth level. In the fourth chapter, a Zostera marina meadow that disappeared after
extreme perturbation was studied. Previous to its disappearance, the meadow was known to
be genetically rich. Sexual reproduction, via seed bank, played a crucial role in its recovery.
In a later stage, clonal growth was essential for colonization and spread. In the fifth chapter,
seagrass transplants initiated via clonal propagation were tested in an area where 10 ha of
seagrass were loss due to continued impacts. The result was the selection of the most
successful species, donor population and time of the year to attempt future transplants.
Furthermore, it is likely that larger initial transplant areas are able to surpass the required
threshold to achieve vegetated stability, allowing for long term persistence. The challenges
of seagrass restoration highlight the urgent need to protect seagrass meadows worldwide.
As plantas marinhas são importantes ecossistemas costeiros com elevados índices de biodiversidade, são a base de muitas atividades económicas como a pesca e o turismo, contribuindo para a proteção da erosão costeira e no sequestro de carbono atmosférico. No entanto este ecossistema está ameaçado em todo o mundo devido a atividades humanas e rápidas alteração climáticas. As populações de plantas marinhas colonizam o espaço através da combinação entre reprodução sexual e clonal. A importância relativa da reprodução sexual e clonal na história de vida das populações de plantas marinhas foi pouco estudada, no entanto sabe-se que existem muitos fatores que têm um papel importante na alocação sexual ou clonal das populações como o stress induzido pela poluição, eventos climatéricos extremos que reduzem a biomassa das pradarias, impactos regulares como a herbívora e o hidrodinamismo; e stress como a limitação de luz ou falta de nutrientes. É importante compreender a importância dos modos de reprodução das plantas marinhas na resposta a eventos de perturbação e stress para planear medidas de conservação e proteção futuras. A distribuição vertical das plantas marinhas é limitada pela falta de luz em profundidade, impossibilitando a fotossíntese, e no limite superior pelo hidrodinamismo que remove mecanicamente as plantas. Assim, pradarias que colonizem perfis verticais são excelentes casos de estudo para investigar o equilíbrio entre os dois modos reprodutivos. Existem evidências na literatura que sugerem a existência de diferenciação entre a estrutura genética e demográfica ao longo de perfis ambientais, como a profundidade e poluição. No caso de perfis de profundidade a teoria aponta para uma maior alocação sexual perto do limite superior e menos alocação sexual no limite inferior. No primeiro capitulo desta tese foi estudada a sobrevivência de recrutas da planta marinha Cymodocea nodosa ao longo da distribuição vertical da pradaria. Foi descoberto que no limite superior de distribuição os recrutas perdem-se devido ao forte hidrodinamismo, enquanto que no limite inferior há menos percas. Sugerindo que ainda que exista uma maior alocação sexual no limite superior, como indicado na literatura, o contributo para a diversidade genética pode não ser tão elevado como o esperado no limite superior; e que em profundidade é provável que ainda que com menor alocação sexual o contributo para a diversidade genética seja superior ao que era até aqui sugerido. No segundo capitulo foi feito um estudo pormenorizado da demografia e genética ao longo do perfil de distribuição vertical para a mesma espécie. Os resultados mostraram um padrão demográfico e genético heterogéneo, suportando a hipótese levantada no capítulo anterior. Este estudo revelou que esta espécie tem uma grande capacidade de adaptação a condições locais e o padrão demográfico e genético encontrado é o reflexo da adaptação local e de fatores estocásticos. Numa perspetiva de conservação é interessante saber se as plantas marinhas respondem de forma sistemática a perturbações capazes de remover áreas significativas de biomassa. Assim no terceiro capítulo foi efetuada uma experiência manipulativa em que foi seguido o processo de recuperação natural das áreas removidas ao longo de um perfil de profundidade. Numa primeira fase a recuperação foi feita através de crescimento clonal, sem existir um padrão de profundidade. No entanto, devido a impactos sucessivos durante períodos de agitação marítima intensa o processo de recolonização foi revertido ficando limitado a poucas plantas. Nenhuma área recuperou completamente, no entanto a diversidade genotípica aumentou ao longo do tempo, o que quer dizer que a lenta recolonização está a ser feita em grande parte através de reprodução sexual. No quarto capítulo segui a recuperação natural de uma pradaria de Zostera marina que foi extremamente impactada por eventos climatéricos extremos, levando ao seu desaparecimento repentino. Antes do seu desaparecimento a pradaria foi alvo de um estudo genético que revelou uma diversidade genética elevada e inesperada para uma população no limite da distribuição. A elevada diversidade genética é a função de reprodução sexual frequente na população. Numa primeira fase a reprodução sexual foi fundamental para a recuperação desta pradaria, uma vez que a área foi repovoada por recrutas provenientes de um banco de sementes. Numa segunda fase a propagação clonal foi essencial para a colonização da restante área disponível. Este estudo demostrou que populações com elevada diversidade genética têm hipótese de sobrevivência quando afetadas por fenómenos extremos. Os habitats subtidais podem ser afetados de forma significativa por eventos de perturbação naturais ou artificiais de forma irreversíveis, resultando na perca da estabilidade do ecossistema. Caso as populações não sejam suficientemente resilientes ou se os impactos forem continuados a recuperação de habitat não é possível. Caso os fatores que levaram ao desaparecimento das populações sejam eliminados é possível iniciar um processo de recuperação de habitat. No caso das plantas marinhas esse processo pode ser feito através de transplantes onde a propagação clonal é favorecida e o processo de ocupação de espaço acelerado, numa tentativa de reverter a estabilidade do sistema sem vegetação para um sistema com vegetação. No capitulo cinco foram testadas várias combinações de transplante numa zona que outrora albergava 10 ha de plantas marinhas. Como resultado deste estudo sabemos qual a espécie, de que população dadora e a ser transplantada em que altura do ano tem mais probabilidades de sucesso. Esta informação foi fundamental para fazer um teste piloto com o tamanho das áreas iniciais de transplante. Este estudo não foi conclusivo por falta de replicados, mas deu origem à hipótese de que quanto maior for o transplante inicial, mais provável será o seu sucesso e resiliência. Esta tese provou a relevância da reprodução sexual e clonal nas plantas marinhas, em pradarias naturais o balanço entre os dois modos de reprodução permite que as plantas sobrevivam e prosperem em condições locais distintas, originando um padrão heterogéneo que é o reflexo das diferentes pressões ao longo da história da pradaria. Ficou mais uma vez provado que a diversidade genética e a reprodução sexual são fundamentais para a recuperação natural das populações afetadas por fenómenos de perturbação extremos. Por fim, é importante referir que existe um ponto de estabilidade do ecossistema, que assim que é ultrapassado o sistema deixa de estar estável e a sua recuperação é muito pouco provável. Para recuperar a estabilidade de um ecossistema é fundamental que as ameaças que levaram ao seu desaparecimento sejam eliminadas. É urgente que as pradarias marinhas sejam alvo de proteção uma vez que depois de atravessado um determinado ponto de instabilidade o processo de recuperação de resiliência é extremamente difícil.
As plantas marinhas são importantes ecossistemas costeiros com elevados índices de biodiversidade, são a base de muitas atividades económicas como a pesca e o turismo, contribuindo para a proteção da erosão costeira e no sequestro de carbono atmosférico. No entanto este ecossistema está ameaçado em todo o mundo devido a atividades humanas e rápidas alteração climáticas. As populações de plantas marinhas colonizam o espaço através da combinação entre reprodução sexual e clonal. A importância relativa da reprodução sexual e clonal na história de vida das populações de plantas marinhas foi pouco estudada, no entanto sabe-se que existem muitos fatores que têm um papel importante na alocação sexual ou clonal das populações como o stress induzido pela poluição, eventos climatéricos extremos que reduzem a biomassa das pradarias, impactos regulares como a herbívora e o hidrodinamismo; e stress como a limitação de luz ou falta de nutrientes. É importante compreender a importância dos modos de reprodução das plantas marinhas na resposta a eventos de perturbação e stress para planear medidas de conservação e proteção futuras. A distribuição vertical das plantas marinhas é limitada pela falta de luz em profundidade, impossibilitando a fotossíntese, e no limite superior pelo hidrodinamismo que remove mecanicamente as plantas. Assim, pradarias que colonizem perfis verticais são excelentes casos de estudo para investigar o equilíbrio entre os dois modos reprodutivos. Existem evidências na literatura que sugerem a existência de diferenciação entre a estrutura genética e demográfica ao longo de perfis ambientais, como a profundidade e poluição. No caso de perfis de profundidade a teoria aponta para uma maior alocação sexual perto do limite superior e menos alocação sexual no limite inferior. No primeiro capitulo desta tese foi estudada a sobrevivência de recrutas da planta marinha Cymodocea nodosa ao longo da distribuição vertical da pradaria. Foi descoberto que no limite superior de distribuição os recrutas perdem-se devido ao forte hidrodinamismo, enquanto que no limite inferior há menos percas. Sugerindo que ainda que exista uma maior alocação sexual no limite superior, como indicado na literatura, o contributo para a diversidade genética pode não ser tão elevado como o esperado no limite superior; e que em profundidade é provável que ainda que com menor alocação sexual o contributo para a diversidade genética seja superior ao que era até aqui sugerido. No segundo capitulo foi feito um estudo pormenorizado da demografia e genética ao longo do perfil de distribuição vertical para a mesma espécie. Os resultados mostraram um padrão demográfico e genético heterogéneo, suportando a hipótese levantada no capítulo anterior. Este estudo revelou que esta espécie tem uma grande capacidade de adaptação a condições locais e o padrão demográfico e genético encontrado é o reflexo da adaptação local e de fatores estocásticos. Numa perspetiva de conservação é interessante saber se as plantas marinhas respondem de forma sistemática a perturbações capazes de remover áreas significativas de biomassa. Assim no terceiro capítulo foi efetuada uma experiência manipulativa em que foi seguido o processo de recuperação natural das áreas removidas ao longo de um perfil de profundidade. Numa primeira fase a recuperação foi feita através de crescimento clonal, sem existir um padrão de profundidade. No entanto, devido a impactos sucessivos durante períodos de agitação marítima intensa o processo de recolonização foi revertido ficando limitado a poucas plantas. Nenhuma área recuperou completamente, no entanto a diversidade genotípica aumentou ao longo do tempo, o que quer dizer que a lenta recolonização está a ser feita em grande parte através de reprodução sexual. No quarto capítulo segui a recuperação natural de uma pradaria de Zostera marina que foi extremamente impactada por eventos climatéricos extremos, levando ao seu desaparecimento repentino. Antes do seu desaparecimento a pradaria foi alvo de um estudo genético que revelou uma diversidade genética elevada e inesperada para uma população no limite da distribuição. A elevada diversidade genética é a função de reprodução sexual frequente na população. Numa primeira fase a reprodução sexual foi fundamental para a recuperação desta pradaria, uma vez que a área foi repovoada por recrutas provenientes de um banco de sementes. Numa segunda fase a propagação clonal foi essencial para a colonização da restante área disponível. Este estudo demostrou que populações com elevada diversidade genética têm hipótese de sobrevivência quando afetadas por fenómenos extremos. Os habitats subtidais podem ser afetados de forma significativa por eventos de perturbação naturais ou artificiais de forma irreversíveis, resultando na perca da estabilidade do ecossistema. Caso as populações não sejam suficientemente resilientes ou se os impactos forem continuados a recuperação de habitat não é possível. Caso os fatores que levaram ao desaparecimento das populações sejam eliminados é possível iniciar um processo de recuperação de habitat. No caso das plantas marinhas esse processo pode ser feito através de transplantes onde a propagação clonal é favorecida e o processo de ocupação de espaço acelerado, numa tentativa de reverter a estabilidade do sistema sem vegetação para um sistema com vegetação. No capitulo cinco foram testadas várias combinações de transplante numa zona que outrora albergava 10 ha de plantas marinhas. Como resultado deste estudo sabemos qual a espécie, de que população dadora e a ser transplantada em que altura do ano tem mais probabilidades de sucesso. Esta informação foi fundamental para fazer um teste piloto com o tamanho das áreas iniciais de transplante. Este estudo não foi conclusivo por falta de replicados, mas deu origem à hipótese de que quanto maior for o transplante inicial, mais provável será o seu sucesso e resiliência. Esta tese provou a relevância da reprodução sexual e clonal nas plantas marinhas, em pradarias naturais o balanço entre os dois modos de reprodução permite que as plantas sobrevivam e prosperem em condições locais distintas, originando um padrão heterogéneo que é o reflexo das diferentes pressões ao longo da história da pradaria. Ficou mais uma vez provado que a diversidade genética e a reprodução sexual são fundamentais para a recuperação natural das populações afetadas por fenómenos de perturbação extremos. Por fim, é importante referir que existe um ponto de estabilidade do ecossistema, que assim que é ultrapassado o sistema deixa de estar estável e a sua recuperação é muito pouco provável. Para recuperar a estabilidade de um ecossistema é fundamental que as ameaças que levaram ao seu desaparecimento sejam eliminadas. É urgente que as pradarias marinhas sejam alvo de proteção uma vez que depois de atravessado um determinado ponto de instabilidade o processo de recuperação de resiliência é extremamente difícil.
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Keywords
Plantas marinhas Sobrevivência dos recrutas Gradiente de profundidade Estratégias de vida Recuperação de impacto Restauração de habitats marinhos