Publicação
Investigating the role of frequency-dependent pre-conditioning to low oxygen and pH in building coral stress tolerance
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | |
| datacite.subject.sdg | 14:Proteger a Vida Marinha | |
| datacite.subject.sdg | 13:Ação Climática | |
| datacite.subject.sdg | 06:Água Potável e Saneamento | |
| dc.contributor.advisor | Schoepf, Verena | |
| dc.contributor.advisor | Engelen, Aschwin | |
| dc.contributor.author | Littke, Sophie | |
| dc.date.accessioned | 2026-05-27T12:29:29Z | |
| dc.date.available | 2026-05-27T12:29:29Z | |
| dc.date.issued | 2025-10-22 | |
| dc.description.abstract | Severe hypoxia, often coupled with low pH, is an emerging threat to coral reefs, yet their combined effects, and the potential for environmental priming to modulate coral responses under such stress, remain understudied. In particular, the frequency and timing of prior sublethal exposure to combined low oxygen and pH are largely unexplored as drivers of coral stress tolerance. We conducted a controlled laboratory experiment to test how the frequency of nightly low dissolved oxygen (DO) and pH exposure shapes physiological responses of two Caribbean coral species, Agaricia tenuifolia and Siderastrea siderea, during subsequent, acute combined stress. Corals received six (high frequency, HF), three (low frequency, LF), or no (control) priming pulses, each lasting two consecutive nights, over four weeks, mimicking natural diel DO and pH cycles in shallow reefs, followed by 4–7 days of acute stress or ambient conditions. Results revealed contrasting species-specific outcomes. In A. tenuifolia, HF priming reduced baseline photosynthetic efficiency by 32% by the end of the priming period, with no further change during acute stress. HF primed A. tenuifolia also exhibited a ~42% reduction in symbiont densities, and a nearly tenfold increased risk of tissue loss compared to controls, regardless of acute stress treatment, while biomass and calcification remained unchanged. In contrast, S. siderea showed physiological stability across treatments, with LF priming supporting tissue biomass maintenance under acute stress. By the experimental end, biomass declined 28% and 22% in unprimed and HF-primed corals under acute stress, respectively, whereas LF primed corals maintained biomass. These findings highlight stress frequency as a critical yet understudied dimension of environmental priming and a direct modulator of baseline coral physiology. HF priming impaired the hypoxia-sensitive A. tenuifolia, while LF priming was neutral. The more hypoxia-tolerant S. siderea showed subtle LF priming benefits and no HF effects. As climate change and coastal eutrophication intensify diel variability and acute low DO and pH events, understanding frequency-dependent stress responses will improve predictions of reef community trajectories and help identify resilient coral populations. | eng |
| dc.description.abstract | Investigação do papel do pré-condicionamento dependente da frequência a baixos níveis de oxigénio e pH na construção da resiliência dos corais ao stress A hipóxia severa, ou períodos de baixos níveis de oxigénio dissolvido (OD) na água, tem emergido recentemente como uma ameaça crescente aos ecossistemas de recifes de coral, a nível global. Quando combinada com condições de baixo pH (acidificação dos oceanos), esta dupla ocorrência de fatores de stress impõe desafios fisiológicos complexos aos corais, embora que os seus efeitos combinados ainda sejam pouco compreendidos. A hipóxia e a acidificação são frequentemente observadas em ambientes costeiros e recifes rasos, especialmente devido à eutrofização, proliferações de algas e circulação de água limitada — fatores todos intensificados pelas alterações climáticas e atividades humanas locais. Apesar da evidência crescente de que estes fatores de stress reduzem a saúde, crescimento e sobrevivência dos corais, poucos estudos abordaram como exposições repetidas e subletais influenciam a tolerância e resiliência dos corais a eventos agudos de OD baixo e pH reduzido. O priming ambiental, um conceito originado da fisiologia vegetal e animal, sugere que exposições prévias a stress subletal podem induzir plasticidade fenotípica ou aclimatização, aumentando a tolerância a eventos de stress subsequentes. Este fenómeno tem sido documentado em corais expostos a stress térmico e de acidificação, com evidências crescentes de que o historial ambiental pode moldar trajetórias fisiológicas. No entanto, o papel do priming ambiental sob condições de stress compostas — como a ocorrência simultânea de baixo oxigénio e pH — permanece mal compreendido. Em particular, os efeitos de priming envolvendo hipóxia, isoladamente ou em combinação com outros fatores de stress, têm recebido pouca atenção. Além disso, a frequência e o tempo de exposição subletal — nomeadamente com que frequência e durante quanto tempo os corais experienciam stress moderado antes de um evento agudo — podem determinar criticamente a direção e intensidade dos efeitos de priming. Compreender o papel da frequência de stress é fundamental para prever as respostas dos corais em ambientes costeiros cada vez mais variáveis e extremos, sendo esta uma lacuna importante no conhecimento atual. Para abordar esta questão, realizámos uma experiência controlada em laboratório para testar como a frequência da exposição noturna a baixos níveis de OD e pH influencia o desempenho fisiológico de duas espécies de corais das Caraíbas, Agaricia tenuifolia e Siderastrea siderea, durante um evento subsequente de stress agudo combinado. Estas espécies representam diferentes estratégias ecológicas e fisiológicas: A. tenuifolia é geralmente mais sensível à hipóxia, enquanto S. siderea é considerada mais tolerante. Ao comparar as suas respostas, procurámos compreender a suscetibilidade específica de cada espécie e os mecanismos subjacentes ao priming sob stress composto. Os corais foram submetidos a três regimes de priming ao longo de um período de quatro semanas: priming de alta frequência (HF), com um total de seis pulsos noturnos de OD (~2.6 mg L⁻¹) e pH (~7.75) reduzidos durante seis horas cada; priming de baixa frequência (LF), com um total de três pulsos; e um grupo controlo mantido em condições ambientais estáveis. Estes pulsos simularam flutuações naturais diárias observadas em recifes rasos das Caraíbas, como os da Baía de Almirante, no Panamá, onde hipóxia e acidificação noturnas ocorrem regularmente. Após o priming, os corais foram expostos durante 4–7 dias a um evento agudo de stress combinado, simulando hipóxia e acidificação severas, ou mantidos em condições ambientais, para avaliar a sua capacidade de tolerar stress mais intenso e prolongado. Os nossos resultados revelaram diferenças marcantes entre espécies nas respostas ao priming e nos resultados fisiológicos. Em A. tenuifolia, o priming HF provocou uma redução significativa de 32% na eficiência fotossintética basal (Fv/Fm) até ao final do período de priming, indicando um comprometimento da fotofisiologia dos simbiontes antes mesmo da exposição ao stress agudo. Curiosamente, esta deterioração não se agravou durante a exposição subsequente ao stress agudo, sugerindo que o priming frequente foi mais prejudicial do que o próprio evento agudo. Além disso, A. tenuifolia sob priming HF apresentou uma redução de aproximadamente 42% na densidade de simbiontes em comparação com os controlos, sugerindo perda ou disfunção de simbiose. De forma alarmante, o priming HF levou a um aumento de quase dez vezes no risco de perda de tecido — um indicador de stress severo e potencial mortalidade — independentemente da exposição ao stress agudo. Estes resultados sugerem que impulsos noturnos frequentes de hipóxia e acidificação podem ultrapassar a capacidade de plasticidade fisiológica desta espécie sensível à hipóxia, comprometendo a saúde basal e aumentando a vulnerabilidade a stress adicional. Em contraste, S. siderea demonstrou uma notável estabilidade fisiológica entre tratamentos. A eficiência fotossintética, densidade de simbiontes e calcificação mantiveram-se relativamente estáveis, sem perda de tecido significativa em qualquer grupo. Notavelmente, o priming LF apoiou a manutenção da biomassa tecidular durante o stress agudo. Enquanto a biomassa decresceu 28% e 22% nos corais controlo e com priming HF, respetivamente, os corais com priming LF mantiveram níveis de biomassa semelhantes aos de pré-stress. Isto sugere que exposições subletais moderadas e pouco frequentes à combinação de baixo OD e pH podem induzir mecanismos de aclimatização benéficos que protegem a integridade dos tecidos do hospedeiro, possivelmente através de maior capacidade metabólica ou antioxidante. Estes resultados realçam a frequência de stress como uma dimensão crítica, embora pouco explorada, do priming ambiental em corais, atuando como modulador direto da fisiologia basal e da resiliência ao stress. O efeito prejudicial do priming HF em A. tenuifolia evidencia a importância dos limites de tolerância específicos da espécie e o potencial de stress ambiental frequente induzir declínio fisiológico em vez de aclimatização. Por outro lado, os benefícios subtis do priming LF em S. siderea destacam o potencial de ciclos de stress naturais** e pouco frequentes para promover a resiliência dos corais. O nosso estudo fornece informações cruciais sobre como a variabilidade ambiental diária, especificamente a frequência de eventos noturnos de hipóxia e acidificação, pode moldar trajetórias fisiológicas dos corais num contexto de alterações climáticas e eutrofização costeira crescentes. À medida que as águas costeiras enfrentam flutuações diárias mais intensas e episódios agudos mais frequentes de baixo OD e pH, compreender os mecanismos e limites do priming entre espécies será essencial para prever mudanças comunitárias e a resiliência dos ecossistemas recifais. Estes resultados sugerem que populações de corais expostas a diferentes frequências de stress subletal podem divergir na sua capacidade de persistir no futuro, com implicações para estratégias de conservação e restauro. Investigações futuras devem explorar as vias moleculares e bioquímicas subjacentes ao priming dependente da frequência, a duração e os intervalos de recuperação entre pulsos de stress, e como as múltiplas dimensões de stress (frequência, intensidade, duração) interagem na indução de aclimatização versus maladaptação. Além disso, são necessários estudos in situ para validar os resultados laboratoriais e avaliar a relevância ecológica em diferentes habitats recifais. O nosso trabalho contribui para um conjunto crescente de evidências que destacam a complexidade das respostas dos corais a fatores de stress ambientais simultâneos e a necessidade de integrar a frequência do stress em modelos de futuro dos recifes de coral. | por |
| dc.identifier.tid | 204225469 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/29047 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Pré-condicionamento ambiental | |
| dc.subject | Resiliência dos corais | |
| dc.subject | Hipóxia e acidificação diárias | |
| dc.subject | Plasticidade fisiológica | |
| dc.subject | Agaricia tenuifolia | |
| dc.subject | Siderastrea siderea | |
| dc.title | Investigating the role of frequency-dependent pre-conditioning to low oxygen and pH in building coral stress tolerance | eng |
| dc.type | master thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| thesis.degree.grantor | Universidade do Algarve. Faculdade de Ciências e Tecnologia | |
| thesis.degree.level | Mestre | |
| thesis.degree.name | Mestrado em Biologia Marinha |