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Ecology and photosynthetic activity of a newly-discovered Vaucheria sp. dominated Arctic microphytobenthos, Svalbard
| Name: | Description: | Size: | Format: | |
|---|---|---|---|---|
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Authors
Advisor(s)
Abstract(s)
A comprehensive study of the ecology and photosynthetic activity of a newlydiscovered
Vaucheria sp. dominated arctic microphytobenthos was addressed here. The
microphytobenthos is a very diversified community of microscopic organisms from the
surficial sediment of aquatic ecosystems. It typically consists of various assemblages of
substrate-dwelling photosynthetic diatoms, cyanobacteria, flagellates and algae. The
microphytobenthos plays a central ecological role in estuarine environment, responsible for a
significant fraction of the total primary production, mediating water-sediment nutrient
exchanges, enhancing benthic-pelagic coupling and efficiently stabilizing the sediment.
Despite their ecological value in coastal areas, very little is known about arctic
microphytobenthos ecology and photosynthetic performances. Across the arctic coastline,
where large inter-seasonal variations in light, temperatures and nutrient levels are experienced
along with increasing pressures, microbenthic communities have shown signs of excellent
metabolic adaptations. In case, across this arctic tidal flat, Vaucheria sp. was found to show a
remarkable adaptation to the local ecological parameters. We demonstrated in this ecosystem
the strong impacts of both marine and freshwater co-occurrences creating Vaucheria sp.
environment. The heterogeneity of Vaucheria sp. habitat was described. Locally, the water
column was phosphorus-limited and a temporal shift from phosphorous to silica-limited
conditions occurred throughout the sampling period, witnessing of the highly dynamic nature
of this tidal ecosystem. At the ecosystem level, the strong microphytobenthos’
photosynthesis was supported by significant high water-pH values, correlated to Vaucheria
sp. spatial occurrence. Even though Vaucheria sp. seemed to dominate, we found evidences
of a more complex micro-phytobenthic community functioning. Vaucheria sp. community
exhibited adaptability to large variations in abiotic factors. Gasometric and Chlorophyll
fluorescence measurements did not show any limitation of the photosynthetis over the range of
environmental PAR suggesting good photoacclimation of Vaucheria sp. to arctic conditions.
Based on the compensation irradiance value of Vaucheria sp. we demonstrated this alga to be
low-light adapted. Furthermore, Vaucheria sp. was capable of fast photo-acclimation through
the consecutive transition from low to high incoming light irradiances. This quality of
Vaucheria sp. fast photo-acclimation is thought to be linked to state transitions or effective
xanthophyll cycle.
Um estudo abrangente da ecologia e atividade fotossintética de uma espécie recémdescoberta no Ártico, Vaucheria sp., que domina o microfibentos foi abordado neste estudo. O microfitobentos é uma comunidade muito diversificada de organismos microscópicos localizada nos sedimentos superficiais dos ecossistemas aquáticos. Ocorre geralmente nos vários milímetros superiores de sedimentos iluminados, formando um subtil biofilme acastanhado ou esverdeado no fundo do mar. O microfitobentos é constituído por vários grupos de diatomáceas fotossintéticas, cianobactérias, flagelados e algas. Esta comunidade fotossintética de microrganismos desempenha um papel ecológico central no ambiente estuarino. É responsável por uma fração significativa da produção primária total, podendo até exceder a produtividade pelágica em certas circunstâncias. Além disso, o microfitobentos desempenha um papel importante na mediação das trocas de nutrientes entre o sedimento e a água. Sabe-se também que melhora o acoplamento bento-pelágico e em algumas circunstâncias, afeta positivamente a bio estabilização do fundo do mar. Apesar da sua importância ecológica nas áreas costeiras, muito pouco se sabe sobre o microfitobentos ártico em relação à sua ecologia, desempenho fotossintético e produtividade. No litoral ártico, onde existem grandes variações inter-sazonais de luz, temperaturas e concentrações de nutrientes, juntamente com pressões crescentes, as comunidades microfitobênticas mostraram sinais de excelentes adaptações metabólicas. No estudo que foi realizado da planície de maré da costa ocidental de Svalbard em que habita a Vaucheria sp. foram encontrados bons desempenhos fotossintéticos. Demonstramos que neste ecossistema, existe um impacto forte das coocorrências marinhas e de água doce na qual a Vaucheria sp. habita. Sugere-se que a Vaucheria sp. pode tolerar uma grande variedade de conteúdo de salinidade até aproximadamente 40 PSU. A heterogeneidade ecológica desta planície de maré em que Vaucheria sp. ocorre foi descrita cuidadosamente. Através da amostragem da coluna de água, observou-se que o fósforo era um fator limitante. No entanto, no final de agosto de 2017, observou-se uma alteração temporal que afetou os níveis de nutrientes na coluna de água. Observou-se que ao alterar as condições, alterando o fósforo como fator limitante para sílica, observou-se a natureza altamente dinâmica desse ecossistema de maré e sugerindo uma transição na comunidade estuarina. Especula-se que o florescimento tardio de diatomáceas árticas no verão, deve-se a uma exaustão significativa de sílica na coluna de água, sendo responsável por esta mudança de nutrientes no final da amostragem. Outros compostos químicos foram relatados como variar significativamente ao longo da amostragem. Notavelmente, na coluna de água registou-se uma diminuição significativa no NO2-N, enquanto que no Azoto total, PO4-P, Fósforo Total, Mg, SO4, K, Na e Ca observou-se um aumento significativo. Da mesma forma, observou-se uma diminuição significativa nas concentrações de NO3-N e PO4-P no sedimento da planície de maré. Em relação ao ecossistema, demonstrou-se que existe uma forte contribuição da Vaucheria sp. para a produtividade fotossintética local, afetando o ciclo de carbonatos na coluna de água. Portanto, esta comunidade de Vaucheria sp. afeta significativamente os fatores químicos da água, especialmente o ciclo de carbonato. O microfitobentos não afeta apenas os fatores hidroquímicos da planície de maré, afeta também as características físicas e químicas do sedimento. A comunidade de Vaucheria sp. está correlacionada com baixo teor de unidade sedimentar e baixa percentagem de carbono orgânico nos sedimentos da planície de maré. Essa observação pode indicar o forte impacto dessa comunidade microfitobêntica na biogeoquímica do leito marinho. Um efeito que foi estudado e que é bem conhecido dos microfitobentos no sedimento é a bio estabilização do fundo do mar. Os organismos microfitobentónicos desempenham um papel fundamental no aumento da estabilização de sedimentos, protegendo o leito marinho da erosão causada pelo constante movimento da maré, libertando substâncias poliméricas extracelulares resultantes da atividade fotossintética, auxiliando na-bio estabilização do leito marinho. Embora não se tenha investigado diretamente a estabilidade do sedimento, especula-se que as observações ecológicas podem ser uma consequência indireta da bio-estabilização local do sedimento induzido pela comunidade de Vaucheria sp.. Outras investigações seriam necessárias para confirmar o hipotético efeito bio-estabilizante desta comunidade no ecossistema. Embora Vaucheria sp. pareça dominar este ecossistema de maré baixa, foram encontradas evidências da ocorrência de uma comunidade microfitobêntica muito mais dinâmica e complexa e na qual Vaucheria sp. parece desempenhar uma função essencial. A comunidade de Vaucheria sp. exibiu uma notável plasticidade fisiológica em relação a um amplo espectro de intensidades luminosas que variam de 10 a 650 μmol m-2 s-1. A combinação de técnicas gasométricas e de várias técnicas de fluorescência de clorofila a foram utilizadas neste estudo, permitindo determinar os desempenhos fotossintéticas gerais da comunidade de Vaucheria sp. A comunidade de Vaucheria sp. foi capaz de utilizar um amplo espectro de intensidades PAR sem mostrar qualquer fotoinibição para intensidades PAR até um máximo de 650 μmol m-2 s-1. Foram medidas características fotossintéticas gerais das Vaucheria sp. e, foi reportado nesta espécie uma eficiência fotossintética média (α) de 0,00641 (± 0,00061), a qual não se alterou com a intensidade PAR a que foi aclimatada. A fotossíntese máxima (Pmax) variou de 0,756 a 1,188 nmol g-1 s-1, medida por via gasométrica. O Icomp médio foi de 38,53 μmol m-2 s-1, aproximadamente dez vezes menor do que o das algas bentónicas análogas extremamente sombreadas. Além disso, dados os valores de irradiância de saturação, Ek ou Isat, Vaucheria sp. parece estar adaptada à pouca luz. Por fim, Vaucheria sp. foi capaz de uma fotoaclimatação rápida através da transição consecutiva entre a luz de baixa irradiância recebida e a de alta. Esta qualidade de fotoaclimação rápida de Vaucheria sp. está provavelmente ligada às transições de estado ou ao ciclo das xantofilas.
Um estudo abrangente da ecologia e atividade fotossintética de uma espécie recémdescoberta no Ártico, Vaucheria sp., que domina o microfibentos foi abordado neste estudo. O microfitobentos é uma comunidade muito diversificada de organismos microscópicos localizada nos sedimentos superficiais dos ecossistemas aquáticos. Ocorre geralmente nos vários milímetros superiores de sedimentos iluminados, formando um subtil biofilme acastanhado ou esverdeado no fundo do mar. O microfitobentos é constituído por vários grupos de diatomáceas fotossintéticas, cianobactérias, flagelados e algas. Esta comunidade fotossintética de microrganismos desempenha um papel ecológico central no ambiente estuarino. É responsável por uma fração significativa da produção primária total, podendo até exceder a produtividade pelágica em certas circunstâncias. Além disso, o microfitobentos desempenha um papel importante na mediação das trocas de nutrientes entre o sedimento e a água. Sabe-se também que melhora o acoplamento bento-pelágico e em algumas circunstâncias, afeta positivamente a bio estabilização do fundo do mar. Apesar da sua importância ecológica nas áreas costeiras, muito pouco se sabe sobre o microfitobentos ártico em relação à sua ecologia, desempenho fotossintético e produtividade. No litoral ártico, onde existem grandes variações inter-sazonais de luz, temperaturas e concentrações de nutrientes, juntamente com pressões crescentes, as comunidades microfitobênticas mostraram sinais de excelentes adaptações metabólicas. No estudo que foi realizado da planície de maré da costa ocidental de Svalbard em que habita a Vaucheria sp. foram encontrados bons desempenhos fotossintéticos. Demonstramos que neste ecossistema, existe um impacto forte das coocorrências marinhas e de água doce na qual a Vaucheria sp. habita. Sugere-se que a Vaucheria sp. pode tolerar uma grande variedade de conteúdo de salinidade até aproximadamente 40 PSU. A heterogeneidade ecológica desta planície de maré em que Vaucheria sp. ocorre foi descrita cuidadosamente. Através da amostragem da coluna de água, observou-se que o fósforo era um fator limitante. No entanto, no final de agosto de 2017, observou-se uma alteração temporal que afetou os níveis de nutrientes na coluna de água. Observou-se que ao alterar as condições, alterando o fósforo como fator limitante para sílica, observou-se a natureza altamente dinâmica desse ecossistema de maré e sugerindo uma transição na comunidade estuarina. Especula-se que o florescimento tardio de diatomáceas árticas no verão, deve-se a uma exaustão significativa de sílica na coluna de água, sendo responsável por esta mudança de nutrientes no final da amostragem. Outros compostos químicos foram relatados como variar significativamente ao longo da amostragem. Notavelmente, na coluna de água registou-se uma diminuição significativa no NO2-N, enquanto que no Azoto total, PO4-P, Fósforo Total, Mg, SO4, K, Na e Ca observou-se um aumento significativo. Da mesma forma, observou-se uma diminuição significativa nas concentrações de NO3-N e PO4-P no sedimento da planície de maré. Em relação ao ecossistema, demonstrou-se que existe uma forte contribuição da Vaucheria sp. para a produtividade fotossintética local, afetando o ciclo de carbonatos na coluna de água. Portanto, esta comunidade de Vaucheria sp. afeta significativamente os fatores químicos da água, especialmente o ciclo de carbonato. O microfitobentos não afeta apenas os fatores hidroquímicos da planície de maré, afeta também as características físicas e químicas do sedimento. A comunidade de Vaucheria sp. está correlacionada com baixo teor de unidade sedimentar e baixa percentagem de carbono orgânico nos sedimentos da planície de maré. Essa observação pode indicar o forte impacto dessa comunidade microfitobêntica na biogeoquímica do leito marinho. Um efeito que foi estudado e que é bem conhecido dos microfitobentos no sedimento é a bio estabilização do fundo do mar. Os organismos microfitobentónicos desempenham um papel fundamental no aumento da estabilização de sedimentos, protegendo o leito marinho da erosão causada pelo constante movimento da maré, libertando substâncias poliméricas extracelulares resultantes da atividade fotossintética, auxiliando na-bio estabilização do leito marinho. Embora não se tenha investigado diretamente a estabilidade do sedimento, especula-se que as observações ecológicas podem ser uma consequência indireta da bio-estabilização local do sedimento induzido pela comunidade de Vaucheria sp.. Outras investigações seriam necessárias para confirmar o hipotético efeito bio-estabilizante desta comunidade no ecossistema. Embora Vaucheria sp. pareça dominar este ecossistema de maré baixa, foram encontradas evidências da ocorrência de uma comunidade microfitobêntica muito mais dinâmica e complexa e na qual Vaucheria sp. parece desempenhar uma função essencial. A comunidade de Vaucheria sp. exibiu uma notável plasticidade fisiológica em relação a um amplo espectro de intensidades luminosas que variam de 10 a 650 μmol m-2 s-1. A combinação de técnicas gasométricas e de várias técnicas de fluorescência de clorofila a foram utilizadas neste estudo, permitindo determinar os desempenhos fotossintéticas gerais da comunidade de Vaucheria sp. A comunidade de Vaucheria sp. foi capaz de utilizar um amplo espectro de intensidades PAR sem mostrar qualquer fotoinibição para intensidades PAR até um máximo de 650 μmol m-2 s-1. Foram medidas características fotossintéticas gerais das Vaucheria sp. e, foi reportado nesta espécie uma eficiência fotossintética média (α) de 0,00641 (± 0,00061), a qual não se alterou com a intensidade PAR a que foi aclimatada. A fotossíntese máxima (Pmax) variou de 0,756 a 1,188 nmol g-1 s-1, medida por via gasométrica. O Icomp médio foi de 38,53 μmol m-2 s-1, aproximadamente dez vezes menor do que o das algas bentónicas análogas extremamente sombreadas. Além disso, dados os valores de irradiância de saturação, Ek ou Isat, Vaucheria sp. parece estar adaptada à pouca luz. Por fim, Vaucheria sp. foi capaz de uma fotoaclimatação rápida através da transição consecutiva entre a luz de baixa irradiância recebida e a de alta. Esta qualidade de fotoaclimação rápida de Vaucheria sp. está provavelmente ligada às transições de estado ou ao ciclo das xantofilas.
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Keywords
Ecologia litoral ártica Microphytobenthos Ecofisiologia da Vaucheria sp.