Efeitos das mudanças climáticas em poliquetas construtores de recifes: modelagem de distribuição de espécies, bioconstrução e a ecofisiologia = "Effects of climate change on reef-building polychaetes : species distribution modelling, bioconstruction, and ecophysiology"

Abstract

Mudanças climáticas e do ambiente (MCA) representam uma séria ameaça à biodiversidade e aos bens e serviços ecossistêmicos que prestam. Dentre os ambientes marinhos, habitats costeiros do entre-marés podem ser particularmente mais susceptíveis às MCA por estarem expostos a fatores marinhos (e.g. temperatura e pH da água do mar), terrestres (e.g. descarga pluvial e escoamentos de poluentes), e atmosféricos (e.g. temperatura do ar e radiação UV). MCA podem afetar organismos marinhos através de alterações em sua fisiologia, metabolismo e comportamento, incluindo ainda alterações nos padrões de distribuição de populações. Para se testar efeitos das MCA na biodiversidade marinha bentônica, foram usados como modelo biológico anelídeos da família Sabellariidae. Este grupo tem larvas planctônicas, mas os juvenis e adultos são estritamente bentônicos e sedentários. As larvas apresentam órgão sensorial e em algumas espécies com função chave na indução ao assentamento sobre tubos de co-específicos, um comportamento gregário que resulta em formação de recifes no entre-marés e aguás rasas (apêndice A). Devido a esta capacidade de formação de habitats estes sabelarídeos são considerados espécies engenheiras de ecossistema. Portanto, entender os possíveis impactos das MCA em sabelarídeos é crucial, devido inclusive aos potenciais efeitos em cascata sobre a biodiversidade associada e dos serviços ecossistêmicos que prestam. Para compreender o grau de sensibilidade desse grupo aos impactos das MCA, objetivou-se acessar: i) como é a atual distribuição espacial da adequabilidade de habitat (nicho abiótico) e a predição futura para duas espécies com distribuição nos oceanos Atlântico e Pacífico; Phragmatopoma caudata e P. virgini respectivamente, (capítulo 1, apêndice B); ii) Qual a influência da acidificação dos oceanos na construção biogênica do tubo de Sabellaria alveolata (capítulo 2); e iii) como ondas de calor (i.e. hipertermia) determinam a sobrevivência de S. alveolata e influenciam sua fisiologia (capítulo 3). Para testar as hipóteses (Hs) de mudanças na distribuição de adequabilidade de habitat foram testadas comparações atuais e futuras em cenários alternativos de emissões de CO2 utilizando modelos de distribuição de espécies de máxima entropia (MDS), climáticos, e estatísticos lineares. Para o caso de acidificação dos oceanos, as Hs foram testadas comparando-se condições atuais de pCO2 e pH às prováveis futuras, onde analisou-se a bioconstrução pelo volume de bioadesivo secretado e sua composição de aminoácidos. Para testar Hs sobre os efeitos de diferentes intensidades de ondas de calor na sobrevivência e plasticidade fisiológica, analisou-se a mortalidade e a constituição e remodelagem dos lipídios estruturais. Como principais resultados evidencia-se: i) os MDS previram para a espécie de habitat temperado a expansão de áreas adequadas, e para a espécie tropical expansão ou diminuição sob os cenários de baixas e altas emissões de CO2 respectivamente; ii) nas duas condições futuras de pH testadas o volume de bioadesivo aumentou significativamente e as mudanças na composição dos amino ácidos foram dominadas pela regulação positiva do ácido aspártico; e iii) S. alveolata não tem habilidade para neutralizar estresse térmico extremo (34 e 31 °C) resultando em mortalidade, mas, em temperatura sub-letal (28 °C) a espécie sobrevive ao custo de uma complexa e dinâmica remodelagem de seus lipídeos estruturais. Todos os resultados mostram que MCA causarão mudanças geográficas, comportamentais, e fisiológicas significativas nas populações de espécies de sabelarídeos construtoras de recifes. Estas mudanças podem resultar em dois padrões, não mutuamente excludentes, que são: i) desaparecimentos locais, contrações, e deslocamento latitudinal e/ou batimétrico na distribuição de populações e ii) conservação da área de distribuição atual como resultado de processo de aclimatação e adaptação transgeracional. Em conclusão, embora a biodiversidade marinha bêntica possa apresentar plasticidade fisiológica e comportamental potencial para manter populações, as respostas associadas não podem ser generalizadas e dependerão principalmente da frequência, intensidade e período de tempo em que ocorrerão as mudanças do clima e do ambiente.

Abstract : Climate and environment changes (CEC) represent serious hazards to biodiversity and the ecosystem goods and services they provide. Among marine environments, intertidal coastal habitats may be particularly more susceptible to CEC since they are exposed to marine (e.g. sea water temperature and pH), terrestrial (e.g. pollutant drainage and rivers runoff), and atmospheric (e.g. UV radiation and air temperature) conditions. CEC can affect marine organisms through changes in their physiology, metabolism and behaviour, and also in their population distribution patterns. In order to test effects of CEC on benthic marine biodiversity, annelids of Sabellariidae family were used as biological models. Sabellariids have planktonic larvae, but the juveniles and adults are strictly benthic and sedentary organisms. The larvae have sensory organs that, in some species, present a key role in their settlement onto co-specific tubes. Co-specific settlement represents a gregarious behaviour that results in the formation of intertidal and shallow subtidals reefs (Appendix 1). Due to habitat formation sabellariids are considered ecosystem engineers. Therefore, to understand the possible impacts of CEC on sabellariids is crucial due to potential cascade effects on associated biodiversity and ecosystem services. To comprehend the degree of sabellariids sensitivity to the impacts of CEC, the aims of this study were: i) to access current and the future prediction of habitat suitability distribution (abiotic niche) for two species distributed in the Atlantic and Pacific oceans, Phragmatopoma caudata and P. virgini (Chapter I, Appendix II); ii) test for effects of the ocean acidification on the biogenic construction of Sabellaria alveolata (Chapter II); and iii) determine how heat waves (i.e., hyperthermia) influence the survival and the physiology of S. alveolata (Chapter III). To test hypotheses (Hs) on changes in habitat suitability distribution, current and futures evaluations were tested for alternative CO2 emissions scenarios, climatic, linear statistical, species distribution and maximum entropy (MDS) models were used. For oceans acidification, the Hs were tested by comparing current and expected future pCO2 and pH conditions. Bio-construction analyses were based on volume of bioadhesive secreted and cured, and its amino acid composition. To test Hs on the effects of different intensities of heat waves on survival and physiological plasticity, the mortality and membrane lipids constitution and remodelling were analysed. The main results were: i) the MDS predicted universal expansion of suitable areas for the species of temperate habitat, and for the tropical habitat species expansion and decrease under the low and high CO2 emission scenarios respectively; ii) in both future pH conditions tested, the volume of bioadhesive significantly increased as sewater became more acid. Changes in the amino acids composition were dominated by the up-regulation of aspartic acid; and iii) S. alveolata showed no ability to neutralize extreme thermal stress (34 and 31 °C) resulting in mortality. However at sub-lethal temperature (28 °C) the species survived at the cost of complex and dynamic lipids remodelling. All results showed that CEC would trigger significant geographical, behavioural, and physiological changes in populations of reef-building sabellariid species. These changes may result in two non-mutually exclusive patterns: (i) local disappearance, contractions and latitudinal and/or bathymetric shifts in populations distribution, and (ii) upkeep current distributional range as a result of the acclimation and transgenerational adaptation. In conclusion, although benthic marine biodiversity may exhibit potential physiological and behavioral plasticity to maintain populations, the related responses cannot be generalized and will depend primarily on the frequency, intensity, and time period that the changes in climate and in the environment will occur.