Publication
Light dependence of seagrass upper thermal thresholds
| datacite.subject.fos | Ciências Naturais::Outras Ciências Naturais | |
| dc.contributor.advisor | Bordalba, Nuria Marbà | |
| dc.contributor.advisor | Gamazo, Andrea Anton | |
| dc.contributor.advisor | Silva, João | |
| dc.contributor.author | Tobajas, Pilar De Pablo | |
| dc.date.accessioned | 2025-07-30T13:49:15Z | |
| dc.date.available | 2025-07-30T13:49:15Z | |
| dc.date.issued | 2024-12-17 | |
| dc.description.abstract | As ervas marinhas representam um dos ecossistemas bentónicos costeiros mais produtivos e diversos do mundo. O seu grande valor ecológico e económico está associado a numerosos serviços ecossistémicos, que incluem a proteção costeira contra a erosão, áreas de berçário para espécies de peixes comerciais, filtração da água, circulação de nutrientes e sumidouros globais de carbono. Apesar do reconhecimento da sua importância, as pradarias marinhas estão altamente ameaçadas, com taxas de declínio global anual estimadas entre 2% a 5%. Os principais fatores atuais que potenciam este declínio incluem as atividades antropogénicas e as alterações climáticas, particularmente as ondas de calor no verão. As projeções globais sugerem que as temperaturas da superfície do mar podem aumentar até 2°C até 2100 em muitas regiões, acompanhadas por um aumento na frequência, intensidade e duração de eventos térmicos extremos. Este aquecimento da coluna de água pode resultar em mudanças na distribuição das espécies em direção aos polos, eventos massivos de mortalidade, fenómenos de tropicalização das regiões temperadas, assim como migrações verticais das espécies para alcançar ambientes mais profundos e frios, que estão mais próximos das suas temperaturas ótimas. No entanto, em habitats mais profundos, a disponibilidade de luz pode ser considerada um fator limitante que determina o limite inferior dos produtores primários. A intensidade da luz diminui exponencialmente com a profundidade devido aos processos de absorção e dispersão. No caso das ervas marinhas, os seus requisitos mínimos de luz são mais elevados em comparação com outras plantas com flores, devido à sua grande quantidade de biomassa subterrânea, que inclui os rizomas e as raízes. Portanto, a extensão de profundidade para o crescimento das ervas marinhas depende da interação entre a disponibilidade de luz e o stress térmico. Ambos os fatores abióticos afetam a produtividade das plantas, uma vez que o balanço de carbono é determinado pelo carbono fixado durante a fotossíntese, pelo carbono consumido durante a respiração e pela alocação de carbono armazenado. Um balanço de carbono positivo permite às plantas responder ao stress e sustentar o seu crescimento, reprodução e sobrevivência. Por outro lado, sob temperaturas elevadas ou condições limitadas de luz, o carbono fotossintético fixado não consegue satisfazer as exigências respiratórias da planta, resultando num desequilíbrio metabólico que leva ao esgotamento do carbono, à redução do crescimento e, em última instância, pode levar à morte da planta. Os estudos que investigam a interação entre a luz e a temperatura são limitados, sendo ainda mais raros os que analisam os efeitos da disponibilidade de luz no desempenho térmico das plantas (TPC). As TPCs representam a sensibilidade térmica de um indivíduo, caracterizado pela taxa de alteração no desempenho fisiológico ao longo de um gradiente de temperaturas. As TPCs típicas caracterizam-se por um limite letal térmico inferior, seguido por um aumento exponencial até se atingir uma temperatura ótima, e finalmente por um declínio subsequente em direção ao limite letal térmico superior da espécie. A análise das TPCs permite a determinação de parâmetros térmicos, como as temperaturas ótimas e críticas superior e inferior, bem como a energia de activação e desativação das fases de aumento e de declínio da curva, respetivamente. No entanto, estes parâmetros térmicos podem variar entre populações devido a adaptações genéticas, plasticidade fenotípica ou regulações fisiológicas a curto prazo. Estes parâmetros são ecologicamente relevantes, pois permitem comparações da sensibilidade ao aquecimento entre espécies e populações sob diferentes condições ambientais, como a luz. O presente estudo examina três espécies de ervas marinhas do Mar Mediterrâneo (Cymodocea nodosa, Posidonia oceanica e Zostera noltei). Foi conduzido um modelo experimental de mesocosmo, onde as plantas foram expostas a diferentes tratamentos de temperatura, entre 16ºC e 40ºC, dependendo da espécie estudada. A intensidade da luz foi usada como um indicador de profundidade, aplicando-se dois tratamentos de luz: Alta Luz (191 μmol m-² s⁻¹) e Baixa Luz (55 μmol m-² s⁻¹), que simulam as condições ambientais próximas ao limite superior e inferior de profundidade dos prados. No final do plano experimental, as taxas de crescimento foram medidas para estabelecer um TPCs, com o objetivo de calcular os parâmetros térmicos teóricos (temperatura ótima e crítica superior, bem como a energia de desativação), e as taxas de sobrevivência foram medidas para determinar o limite térmico letal da população (LT50). Adicionalmente, as taxas metabólicas foram medidas para uma das espécies (Z. noltei) para se compreenderem respostas fisiológicas adicionais das ervas marinhas, incluindo a Produção Primária Líquida (NPP), Produção Primária Bruta (GPP) e respectivas taxas de Respiração. Este passo permitiu-nos avaliar se as ervas marinhas sob diferentes condições de luz e, por conseguinte, a diferentes profundidades, podem tolerar limites térmicos semelhantes e apresentar sensibilidades térmicas comparáveis, bem como respostas de crescimento e metabólicas face ao aumento das temperaturas. Os nossos resultados demonstraram limites térmicos superiores semelhantes, incluindo temperaturas ótimas, críticas superiores e letais, bem como energias de desativação entre os tratamentos de luz para as três espécies. No entanto, observaram-se diferenças significativas nas curvas de desempenho de crescimento e nas respostas metabólicas, com valores mais baixos sob condições de baixa luz. O NPP apresentou um padrão semelhante às curvas de crescimento, enquanto o GPP demonstrou uma correlação negativa com o aumento da temperatura, enquanto as taxas de respiração não apresentaram nenhuma tendência clara. Adicionalmente, a temperatura à qual o sistema de ervas marinhas passa de autotrófico para heterotrófico foi significativamente superior sob condições de alta luz. Entre as espécies estudadas, C. nodosa exibiu limites térmicos mais elevados e uma capacidade de manter a taxa de crescimento sob condições de menor luz, sugerindo que esta espécie poderia ser uma boa candidata para ocupar o Mar Mediterrâneo, enquanto outras espécies de zonas temperadas já sofrem um declínio progressivo e poderão migrar para habitats mais profundos em cenários de aquecimento. Foram também obtidos limites térmicos inesperados para P. oceanica em comparação com pesquisas anteriores. Os limites térmicos mais elevados podem ser atribuídos à adaptação térmica dos clones para mitigar os efeitos do aumento das temperaturas. No caso de C. nodosa, observaram-se diferentes limites térmicos devido à possível diferenciação genética entre as populações do Mar Mediterrâneo e do Oceano Atlântico, facilitando a existência de ecótipos locais. Em conclusão, os nossos resultados sugerem que as pradarias marinhas profundas também podem ser vulneráveis ao aquecimento. Estas pradarias tendem a crescer em densidades mais baixas, apresentando menor capacidade de recuperação em condições desfavoráveis e podendo tornar-se em sistemas heterotróficos a temperaturas mais baixas. Como resultado, prevê-se uma contração da gama de profundidade adequada, em que as populações de águas rasas serão expostas a temperaturas acima dos seus limites térmicos, enquanto as populações profundas lutarão para manter a viabilidade do sistema. Estes resultados podem ser extrapolados para outros produtores primários, como corais e comunidades de macroalgas. É necessário reforçar a necessidade para estudos de campo de modo validar os limites térmicos obtidos e fornecer previsões mais precisas sobre a distribuição vertical futura das pradarias de ervas marinhas em cenários de alterações climáticas. | por |
| dc.description.abstract | In warming scenarios, many primary producers tend to migrate vertically to cooler habitats. However, light-limited conditions in these deeper ecosystems can impact on the thermal tolerance of species. This study focuses on three key seagrass species in the Mediterranean Sea (Cymodocea nodosa, Posidonia oceanica and Zostera noltei). Three mesocosm experiments were conducted, exposing the plants to various temperature treatments (ranging from 16oC to 40oC, depending on the species) for 10 to 20 days. Light intensity was used as a proxy of depth, applying two light treatments, which were archived though shading: High Light (191 μmol m-² s−1) and Low Light (55 μmol m-² s−1), simulating environmental conditions near their upper and lower depth limits. We measured growth and survival rates to calculate thermal thresholds (optimum, upper critical and lethal temperatures), and deactivation energy from a thermal performance curve. Additionally, metabolic rates (Net Primary Production, Gross Primary Production and Respiration) were measured for Z. noltei. We tested whether the plants at different light intensities, and consequently at varying depths, have similar upper thermal thresholds and optimal temperatures, as well as exhibit similar growth and metabolic responses throughout a thermal gradient. Upper thermal thresholds and deactivation energies were unaffected by light intensity; however, significant differences were observed in growth rates and metabolic responses, particularly in the transition to heterotrophic systems, with lower performance under low light conditions. Among the three species, C. nodosa demonstrated a higher capacity to thrive under warmer conditions and could survive in deeper environments. Moreover, unexpectedly high upper thermal limits were observed for P. oceanica when compared to previous studies, suggesting a possible thermal adaptation of clones to recent rising temperatures. Our findings indicate a habitat contraction of seagrass species is expected under future climate change scenarios, in which deep meadows may also be vulnerable to warming conditions. | eng |
| dc.description.sponsorship | The research of this master thesis has been funded by the projects OCEAN CITIZEN (Marine forest coastal restoration: an underwater gardening socio-ecological plan; European Union under the Horizon Europe program (grant agreement no. 101093910) and CYCLE (Complex DYnamics of CoastaL Ecosystems: Resilience to Climate Change; Spanish Research Agency, PID2021-123723OB-C21). The present research was carried out within the framework of the activities of the Spanish Government through the "Maria de Maeztu Centre of Excellence" accreditation to IMEDEA (CSIC- UIB) (CEX2021-001198). | |
| dc.identifier.tid | 203945646 | |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.1/27518 | |
| dc.language.iso | eng | |
| dc.rights.uri | http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ | |
| dc.subject | Ervas marinhas | |
| dc.subject | Profundidade | |
| dc.subject | Ondas de calor marinhas | |
| dc.subject | Crescimento | |
| dc.subject | Sobrevivência | |
| dc.subject | Metabolismo | |
| dc.title | Light dependence of seagrass upper thermal thresholds | |
| 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 |