Algas calcárias nos recifes brasileiros : diversidade, macroecologia e conservação

Abstract

As algas calcárias estão presentes em praticamente todos os ambientes marinhos e no Atlântico Sul Ocidental têm revelado importantes papéis no processo de construção e manutenção dos ambientes recifais. O entendimento dos padrões atuais de distribuição destes organismos, assim como a história biogeográfica do grupo nos permitem refletir e teorizar sobre como esses organismos fotossintetizantes responderão às emergentes e intensas modificações dos ecossistemas marinhos e se colocam como um passo importante para o delineamento de estratégias de conservação destes organismos e dos ambientes a eles relacionados. Contudo, pouco se sabe sobre a biodiversidade, ecologia e evolução destes organismos que habitam e constroem boa parte dos recifes brasileiros. Diante disto, foram avaliados aspectos ecológicos e históricos envolvidos na biogeografia destes organismos. No Capítulo 1, foram abordados os aspectos ecológicos (abióticos) relacionados aos padrões de distribuição a partir da quantificação da riqueza de espécies de algas calcárias para seis ecorregiões do Atlântico Sul Ocidental através de métodos de delimitação de espécies baseados em sequências de DNA. A partir desta compilação, foram verificadas as principais variáveis ambientais responsáveis pelos padrões de riqueza de espécies e ß-diversidade. Foram encontradas 79 unidades taxonômicas operacionais moleculares (MOTU) dentro das três principais ordens de algas calcárias (Sporolithales, Corallinales e Hapalidiales) para o Atlântico Sul Ocidental tropical e temperado quente. As diferenças nos padrões de riqueza de espécies entre as ecorregiões pôde ser explicada pela temperatura superficial do mar, concentração de nutrientes e velocidade das correntes marinhas. A ecorregião Leste se destacou pela maior riqueza, maior ß-diversidade e por abrigar espécies únicas. Já no Capítulo 2, foram explorados aspectos históricos envolvidos no processo evolutivo das algas calcárias procurando compreender a origem das espécies que atualmente ocorrem nos recifes brasileiros. Para isso, foi construída a filogenia global de Sporolithales, e sua posterior calibração através da datação de fósseis. A estimativa do estado ancestral, assim como a teoria de tectônica de placas e reconstruções paleoceanográficas subsidiaram nossas discussões. Através dos métodos de delimitação de espécies baseados em sequências de DNA, foram encontradas 23 MOTU de Sporolithales, distribuídas em nove domínios marinhos, sendo o Atlântico Tropical o mais rico em espécies. Nossos resultados mostraram que as espécies de Sporolithon que ocorrem no Atlântico Sul Ocidental tiveram origem através de rotas e tempos diferentes e o Caribe pode ter atuado como centro de dispersão. Ao longo do tempo geológico, identificamos o Sistema Rio Grande?Walvis Ridge e o fechamento do Istmo do Panamá como as principais barreiras biogeográficas relacionadas aos mecanismos evolutivos das Sporolithales. Os resultados encontrados nos Capítulos 1 e 2 revelam importantes questões práticas para o monitoramento e estratégias de conservação dos recifes costeiros, oceânicos e mesofóticos. Desta maneira, no Capítulo 3, foi apresentada na forma de uma carta a necessidade e urgência em se proteger as algas calcárias e os ambientes por ela formados considerando as ameaças do antropoceno, especialmente aquelas relacionadas à exploração e queima de combustíveis fósseis. Frente ao desafio de conservação e uso sustentável dos oceanos promovido pelas Nações Unidas para a Década de Ciência dos Oceanos, o presente trabalho fornece novos argumentos para subsidiar o alcance deste objetivo.

Abstract: Coralline red algae (CRA) are present in almost all marine environments and in the Southwestern Atlantic (SWA) has proved to be key players in the construction and maintenance of reef environments. The understanding of the current patterns of distribution of these organisms, as well as the biogeographic history of the group, allows us to reflect and theorize on how these photosynthetic organisms will respond to the emerging and intense changes in marine ecosystems subsidizing robust conservation strategies. However, the biodiversity, ecology and evolution of these organisms that inhabit and build the Brazilian reefs is little known. Thus, ecological, and historical aspects involved in the biogeography of CRA were evaluated in the present study. In the Chapter 1, the ecological aspects (abiotic) related to the distribution patterns were addressed from the quantification of the species richness of CRA for six ecoregions in the SWA through species delimitation methods based on DNA sequences. From this compilation, the main environmental drivers responsible for the species richness and ß-diversity patterns were verified. Seventy-nine molecular operational taxonomic units (MOTU) were found within the three main orders of CRA (Sporolithales, Corallinales and Hapalidiales) for the tropical and warm temperate provinces in the SWA. The differences in species richness patterns between ecoregions could be explained by the sea surface temperature, nutrients concentration and water current velocity. The Eastern ecoregion stood out for its highest species richness, ß-diversity and harbouring unique species. In Chapter 2, historical aspects involved in the evolutionary process of CRA were explored to understand the origin of species that currently occur in the Brazilian reefs. For this, the global phylogeny of Sporolithales was built, and its subsequent calibration through fossils. Reconstruction methods of ancestral distribution as well as plate tectonics theory, and palaeoceanographic reconstructions supported our discussions. Through species delimitation methods based on DNA sequences, 23 MOTU of Sporolithales were found, distributed in nine marine realms and the Tropical Atlantic was the most species richness. Our results showed that Sporolithon species occurring in the SWA originated at different routes and times, and the Caribbean may have acted as a center of dispersion. Over geological time, we identified the Rio Grande-Walvis Ridge System and the closing of the Isthmus of Panama as the main biogeographic barriers related to the evolutionary mechanisms of the Sporolithales. The results found in Chapters 1 and 2 reveal important practical issues for monitoring and conservation strategies for coastal, ocean and mesophotic reefs. Thus, in Chapter 3, was presented in a letter the need and urgency to protect CRA and the environments formed by them considering the threats from the anthropocene, especially those related to the exploration and burning of fossil fuels. Faced with the challenge of conservation and sustainable use of the oceans promoted by the United Nations for the Decade of Science of the Oceans, the present work provides new arguments to subsidize the achievement of this goal.