Calcifying phytoplankton in natural laboratories for understanding ocean acidification
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Date
2021
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Abstract
Los cocolitofóridos son organismos fitoplanctónicos unicelulares caracterizados por una cobertura de placas de calcita, los cocolitos, que son producidos dentro de la célula. Estos calcificadores, como uno de los principales grupos funcionales planctónicos, juegan un rol importante en el ciclo del carbono inorgánico y posiblemente como lastre hundiendo carbono orgánico hacia el océano profundo. La mayoría de los esfuerzos para entender las respuestas de los cocolitofóridos hacia la acidificación del océano (AO) –o el aumento del CO2 atmosférico reduce el pH y estado de saturación (Ω) de CaCO3 del océano– ha sido a través de experimentos de laboratorio, principalmente usando un pequeño set de cepas de la especie más cosmopolita y fácilmente cultivable Emiliania huxleyi. Esta especie resulta particularmente interesante ya que es joven (~ 291.000 años) y se ha adaptado a un amplio rango de ambientes marinos. Sin embargo, este no es el único cocolitofórido y aun dentro de esta especie hay mucha diversidad fenotípica y genética y respuestas diversas hacia la AO en el laboratorio. A pesar de los esfuerzos realizados aun no es claro como los efectos fisiológicos bajo condiciones controladas se trasladan a respuestas de campo a nivel de comunidad. Esta tesis buscó contribuir a entender este asunto estudiando la distribución, composición y nicho realizado de ensambles de cocolitofóridos y morfotipos de E. huxleyi en ambientes con niveles contrastantes de pCO2/pH/Ωcalcita del Pacífico Sureste, y evaluar las respuestas de diferentes morfotipos de E. huxleyi a niveles de pCO2/pH ajustados en el laboratorio. Para esto, se muestrearon los cocolitofóridos en una sección costera-oceánica, aguas mesotróficas, sistemas de surgencia, y fiordos-canales de Patagonia. De un total de 40 especies, E. huxleyi fue la más prevalente (30-100 % abundancia relativa). Dentro de este taxón, varios morfotipos han sido descritos como estables en cultivo y diferenciados genéticamente (e.g., los morfotipos A y R). El morfotipo A moderadamente-calcificado dominó las poblaciones de E. huxleyi siendo sólo superado por el morfotipo R altamente-calcificado en sistemas de surgencia con alto pCO2/bajo pH. Este cambio abrupto en composición de las poblaciones de E. huxleyi sugirió que estos ambientes costeros mantienen reservorios genéticos para su adaptación a la AO. Por consiguiente, se probó la hipótesis que aquellas formas están adaptados para resistir condiciones de alto pCO2/bajo pH. Inesperadamente, los morfotipos del Pacífico Sureste no fueron más sensibles que las cepas altamente-calcificadas desde aguas contiguas con alto pCO2/bajo pH (disminuyeron las tasas de crecimiento y razón PIC/POC). Por otro lado, análisis de nicho realizado mostraron que el morfotipo A posee un nicho más amplio y tolerante a cambios ambientales (i.e., generalista) que el nicho del morfotipo R, especializado en aguas con alto pCO2/bajo pH. La falta de evidencia de adaptación local a condiciones de alto pCO2/bajo pH en E. huxleyi, podría ser explicado por una estrecha respuesta unimodal hacia Ωcalcita revelado por el análisis de nicho que no fue testeado experimentalmente. Alternativamente, el morfotipo R altamente-calcificado podría ser seleccionado por una condición particular del Pacífico Sureste no identificada que se correlaciona con temperatura, salinidad y Ωcalcita de su nicho realizado. En suma, a pesar de poseer rápidas tasas de reemplazo y grandes tamaños poblacionales, organismos planctónicos oceánicos no necesariamente exhiben adaptaciones a la surgencia de aguas con alto CO2, y este ubicuo cocolitofórido podría estar cerca del límite de su capacidad para adaptar a la AO en curso.
Description
Tesis (Doctor en Ciencias con mención en Ecología)--Pontificia Universidad Católica de Chile, 2021