Stresul de mediu legat de climă la păstorii intertidali extinde răspunsurile biochimice la
Elena Maggi
1 Departamentul de biologie, Universitatea din Pisa, Pisa, Italia
2 CoNISMa, Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Scienze del Mare, Roma, Italia
Mario Cappiello
1 Departamentul de biologie, Universitatea din Pisa, Pisa, Italia
Antonella Del Corso
1 Departamentul de biologie, Universitatea din Pisa, Pisa, Italia
Francesca Lenzarini
1 Departamentul de biologie, Universitatea din Pisa, Pisa, Italia
Eleonora Peroni
1 Departamentul de biologie, Universitatea din Pisa, Pisa, Italia
Lisandro Benedetti-Cecchi
1 Departamentul de biologie, Universitatea din Pisa, Pisa, Italia
2 CoNISMa, Consorzio Nazionale Interuniversitario per le Scienze del Mare, Roma, Italia
Date asociate
Următoarele informații au fost furnizate cu privire la disponibilitatea datelor:
Datele brute au fost furnizate ca Date S1.
Abstract
fundal
Organismele se confruntă cu niveluri în creștere de stres ecologic sub schimbările climatice, care pot afecta grav funcționarea sistemelor biologice la diferite niveluri de organizare. Dovezi în creștere sugerează că reducerea dimensiunii corpului este un răspuns universal al organismelor la încălzirea globală. Cu toate acestea, o înțelegere clară a faptului dacă evenimentele climatice extreme vor impune selectarea directă a răspunsurilor plastice fenotipice și modul în care aceste răspunsuri afectează interacțiunile ecologice a rămas evazivă.
Metode
Am investigat experimental efectele evenimentelor de desicare extremă asupra mecanismelor de apărare antioxidante ale unui gastropod intertidal stâncos (Patella ulyssiponensis) și am evaluat modul în care aceste efecte au crescut la nivelurile populației și ale ansamblului.
Rezultate
Odată cu creșterea nivelului de stres de desicare, lăptiile au prezentat niveluri semnificativ mai scăzute de glutation total, au avut tendința de a crește mai puțin și au redus puterea de interacțiune pe cap de locuitor a resurselor lor.
Discuţie
Rezultatele au sugerat că plasticitatea fenotipică (de exemplu, reducerea dimensiunii corpului adulților) a permis tamponarea răspunsurilor biochimice la stres la scară la nivel de asamblare. Dezvăluirea legăturilor între diferite niveluri de organizare biologică este esențială pentru dezvoltarea unor indicatori care pot anticipa impactul ecologic pe scară largă al schimbărilor climatice.
Introducere
Există o îngrijorare tot mai mare în rândul oamenilor de știință, factorilor de decizie politică și publicului larg cu privire la consecințele societale și de mediu ale schimbărilor climatice. Evenimentele climatice pot afecta societatea direct provocând catastrofe și amenințând sănătatea umană și indirect prin reducerea calității mediului (Easterling și colab., 2000). Modele recente sunt de acord că frecvența, intensitatea și durata evenimentelor extreme, cum ar fi valurile de căldură, seceta și furtunile, sunt în creștere odată cu schimbările climatice (Grupul interguvernamental privind schimbările climatice, 2013). Având în vedere că evenimentele climatice extreme devin mai probabile, organismele vii se confruntă cu niveluri în creștere de stres ecologic care pot afecta grav funcționarea sistemelor biologice la diferite niveluri de organizare (Easterling și colab., 2000). Reducerea dimensiunii corpului a fost propusă ca un al treilea răspuns universal al organismelor la încălzirea globală (Daufresne, Langfellner & Sommer, 2009), în plus față de schimbările în intervalele distributive ale speciilor și modificările fenologice (Visser & Both, 2005; Durant și colab. ., 2007). Recenzii recente au concluzionat că dovezile adaptării genetice sunt rare, iar modelele observate sunt în mare parte rezultatul plasticității fenotipice (Merilä & Hendry, 2014; Reusch, 2014). O întrebare importantă și încă nerezolvată este dacă creșterile legate de climă ale extremelor și fluctuațiilor de mediu vor impune selectarea directă asupra plasticității (Pigliucci, 2005; Chevin, Collins și Lefevre, 2013).
Material și metode
Sistemul de studiu
Studiul a fost realizat de-a lungul coastei stâncoase la sud de Livorno (Italia, Marea Mediterană de Vest; 43 ° 28 ′ 02N, 10 ° 22 ′ 19E) din martie până în mai 2009.
Habitatele intertidale stâncoase mediteraneene sunt medii extrem de variabile datorită amplitudinii limitate a mareelor. Presiunea barometrică este forța primară care determină poziția nivelului mării, dictând în mare măsură momentul și durata expunerii aeriene a organismelor de-a lungul gradientului intertidal. Modificările presiunii barometrice pot, prin urmare, să inducă fluctuații bruște ale condițiilor termice, în special în habitatul de pe țărm, unde temperaturile din primăvară pot varia peste 15 ° C și pot atinge valori de până la 30 ° C (Benedetti-Cecchi și colab., 2006).
Diferențele dintre ansamblurile de alge la diferite înălțimi de pe mal se datorează în principal schimbărilor abundenței relative a speciilor. Ansamblurile de pe malul malului sunt dominate de alge încrustate, filamentoase și ramificate grosier. În schimb, balanele (în principal Chthamalus stellatus (Poli), dar și C. montagui (spre sud)) și cianobacteriile (Rivularia spp.) Domină țărmul înalt (Benedetti-Cecchi, 2000; Benedetti-Cecchi, 2001). Dintre cele mai comune pășunători, Patella ulyssiponensis (Gmelin) se caracterizează printr-o gamă relativ largă de distribuție verticală (de la habitate medii/înalte până la țărmuri joase). Este un erbivor generalist (Della Santina și colab., 1993), hrănindu-se fie cu macroalge de dimensiuni mici, cum ar fi cele filamentoase, fie cu componentele microscopice ale biofilmului care colonizează roca goală aparentă la toate înălțimile (cianobacterii, diatomee sau spori macroalgi) . Un studiu recent a indicat faptul că există deja lamele mediteraneene pe marginile ferestrelor de toleranță termică. În special, P. ulyssiponensis, deși caracterizat printr-un metabolism scăzut, este foarte sensibil la expunerea la temperaturi ridicate (Prusina și colab., 2014), ca și cei experimentați în mod natural la locul studiului (Benedetti-Cecchi și colab., 2006).
Proiectare experimentală și eșantionare pe teren
La sfârșitul experimentului, lamele marcate au fost colectate, măsurate și menținute la -80 ° C pentru analiza ulterioară. Acoperirea procentuală a algelor filamentoase (principala lor resursă macroscopică) în parcele a fost estimată vizual cu un cadru din plastic de 15 × 15 cm, împărțit în 16 subcadrate. Un scor de la 0 (absență) la 4 (acoperire completă) a fost dat în fiecare subcadrat și o estimare finală a fost obținută prin însumarea scorurilor individuale în cele 16 subcadrate (Dethier și colab., 1993), pentru un scor maxim de 64. Valorile au fost apoi exprimate ca procente.