Repository logo
 
Loading...
Thumbnail Image
Publication

Compared physiological performances of Caulerpa prolifera and native seagrasses of Ria Formosa

Use this identifier to reference this record.
Name:Description:Size:Format: 
Dissertação a50018 Jan Hofman digital.pdf1.18 MBAdobe PDF Download

Abstract(s)

Seagrasses are among the most important and also mostly threatened ecosystems in the marine environment. Seagrass loss can occur in their competition with other macrophytes, like invasive macroalgae. These pose a serious threat and present numerous consequences to their new environment. Among those that can affect seagrasses, Caulerpa sp. are one of the most recognized genus. Different mechanisms can grant them a competitive advantage over seagrasses, resulting in partial or even complete replacement. Therefore, knowing how Caulerpa sp. functions and interacts with a new environment is crucial, especially in a system like Ria Formosa, where three of the four European seagrass species can be found. We aimed to study and compare different photo-physiological components of the subtidal seagrasses Cymodocea nodosa and Zostera marina and of the macroalgae Caulerpa prolifera along diel cycles, while at the same time identifying possible consequences of their interaction, using a mesocosm experiment. The first experiment was performed over the course of two days (48 hour cycle), collecting samples for biochemical analysis at pre-dawn and solar noon at the end. The mesocosm experiment involved planting Z. marina and C. prolifera separately and mixed. After 4 weeks, photosynthetic performance was tested using photosynthesis-irradiance curves and rapid light curves, and samples for biochemical analysis were collected. The seagrasses revealed higher effective quantum yield and non-photochemical quenching, mainly related to their xanthophyll pigments, while C. prolifera displayed a typical shade-adapted response. Furthermore, it displayed a different carbohydrate usage regime, which was related to its higher respiration rates. Although no different overall photosynthetic performance was detected in the interaction of the species, starch content in Z. marina rhizomes was significantly lower when C. prolifera was present. This work gives initial insight on the physiological performance of C. prolifera in Ria Formosa.
Ervas marinhas são plantas angiospérmicas adaptadas ao ambiente marinho que formam pradarias extensivas em zonas costeiras a nível mundial, com exceção dos polos. Estas pradarias formam um habitat complexo e diverso, apresentando uma alta produtividade e prestando serviços ecossistémicos importantes, como o sequestro e armazenamento de carbono, reciclagem de nutrientes e proteção costeira. No entanto, apesar da sua importância, são um dos habitats marinhos mais ameaçados. A maior causa de perda de pradarias de ervas marinhas é a atividade antropogénica. Dragagens, eutrofização, descargas de nutrientes e desenvolvimento costeiro são exemplos de atividades que diminuem a qualidade da água e afetam diretamente as pradarias. Além disso, ocorrem também perdas naturais das pradarias, por exemplo, pela competição com outros macrófitos, como é o caso das algas que podem ocupar o mesmo espaço e utilizar os mesmos recursos. A sua colonização pode afetar não só o ecossistema, mas também a abundancia de espécies endémicas e a sua diversidade. Diferentes macroalgas verdes já provaram ter um elevado potencial invasor, entre as quais se destingem espécies do género Caulerpa. Este género inclui algumas das algas mais invasoras conhecidas atualmente. Caulerpa taxifolia e Caulerpa racemosa são alguns exemplos de algas que invadiram o Mar Mediterrâneo e que afetaram negativamente várias pradarias de ervas marinhas. Além de competirem por recursos como nutrientes e luz, competem também pelo mesmo substrato, previamente ocupado com ervas marinhas, não permitindo que elas recuperem. Fisiologicamente, ervas marinhas e algas, mais especificamente do género Caulerpa, são limitadas pela luz. As primeiras apresentam uma maior necessidade de luz, mas isso não impede que várias espécies tenham capacidade de sobreviver quando a irradiância é baixa. Vários mecanismos de defesa, que variam de espécie para espécie, determinam a sua resiliência a estas condições. Por outro lado, a exposição a luz excessiva também pode ser prejudicial para as plantas, nomeadamente induzindo stress foto-oxidativo. Para defesa contra o excesso de luz (fotoproteção), as plantas possuem pigmentos secundários, os carotenóides, capazes de transformar o sistema de captura de luz num sistema de dissipação de energia excessiva na forma de calor. O género Caulerpa não só apresenta uma elevada plasticidade a nível morfológico mas também ao nível dos seus pigmentos. Tal como as ervas, as algas possuem carotenóides capazes de dissipar energia excessiva. Além disso, a sua capacidade para tolerar altas intensidades de luz depende dos nutrientes disponíveis, que podem obter não só da coluna de água, mas também do sedimento, havendo assim competição entre as ervas marinhas e as algas em ambos os meios. Com o aparecimento da Caulerpa prolifera em zonas menos profundas da Ria Formosa, onde ocorrem três das quatro espécies de ervas marinhas a nível Europeu, surge a necessidade de perceber o seu funcionamento fisiológico comparativamente com as ervas e avaliar o potencial para interações fisiológicas. Para tal, analisou-se a performance circadiana de Zostera marina, Cymodocea nodosa e C. prolifera ao longo de um ciclo de 48 horas numa sistema seminatural. Foram medidos parâmetros relacionados com a fluorescência da clorofila a, medindo a eficiência quântica e recolhendo amostras para analise bioquímica. Numa outra experiência, para estudar possíveis consequências da interação entre ervas e algas, Z. marina e C. prolifera foram recolhidas no campo e plantadas em tanques, quer individualmente quer em conjunto, em cinco replicados, recebendo sempre a mesma intensidade de luz com um fotoperíodo de treze horas, durante quatro semanas. Após as quatro semanas, foi avaliada a resposta da fotossíntese à luz de curvas em ambas as espécies e recolhidas amostras para posterior analise bioquímica. Foram analisados os conteúdos em açúcares solúveis e amido, proteína solúvel, compostos adenilados e pigmentos fotossintéticos nas três espécies. Os açúcares e amido foram analisados pelo método fenol-sulfúrico e as proteínas solúveis pelo método de Bradford. Os compostos adenilados foram analisados por cromatografia liquida de alta eficiência (HPLC). Os pigmentos fotossintéticos foram analisados primeiro por espectrofotometria para identificar concentrações de clorofila, complementando com cromatografia (HPLC) para a identificação dos carotenoides. As ervas apresentaram níveis de eficiência quântica real e potencial e dissipação de energia sob a forma de calor mais elevadas comparativamente com a alga, e índices de desepoxidaçao dos pigmentos do ciclo das xantofilas mais elevados, mostrando estar mais protegidas contra intensidades de luz mais elevadas. C. prolifera, pelo contrário, apresentou uma resposta típica de espécies adaptadas a baixas intensidades de luz, com razões de clorofila a/b mais baixas do que as ervas e índices de desepoxidação do ciclo das xantofilas muito baixos. Apresentou ainda taxas fotossintéticas ligeiramente mais baixas, uma taxa de respiração mais elevada e uma maior resposta foto-inibitória a intensidade de luz mais alta, comparado a Z. marina. O conteúdo de açúcar solúvel da alga foi significativamente mais baixo do que o das ervas, enquanto que as suas reservas de amido foram muito mais elevadas, revelando um regime de utilização de hidratos de carbono bastante distinto. A interação de Z. marina com C. prolifera não mostrou ter influência nas capacidades fotossintéticas e teores de pigmentos fotossintéticos de ambas as espécies. No entanto, verificou-se um esgotamento das reservas de amido nos rizomas de Z. marina. Uma vez que não foram observadas alterações nas taxas de respiração, colocamos a hipótese que os hidratos de carbono foram utlizadas como base para síntese de moléculas com funções alelopáticas. Desta forma, a alga parece induzir um efeito fisiológico nesta erva marinha, ao nível da utilização dos hidratos de carbono. Esta é a primeira vez que é reportado um efeito fisiológico deste tipo. Apesar de apresentar adaptações para ambientes de baixa intensidade luminosa, o avanço observado de C. prolifera em zonas menos profundas da Ria Formosa pode estar relacionado com a sua plasticidade morfológica e a sua resistência a intensidades mais elevadas desde que os nutrientes não são o fator limitante. Este estudo apresenta uma introdução às diferenças fotofisiológicas entre C. prolifera e as ervas marinhas nativas da Ria Formosa, mas deverá ser completado eventualmente com uma análise sazonal e de crescimento, para uma compreensão mais detalhada de como a C. prolifera interage com as ervas marinhas, tanto a nível ecológico como também a nível bioquímico.

Description

Keywords

Cymodocea nodosa Zostera marina Macroalgae Caulerpa prolifera Photophysiology Ria Formosa

Citation

Research Projects

Organizational Units

Journal Issue

Publisher

CC License