Published January 19, 2020 | Version v1
Publication Open

Oxygen‐mediated plasticity confers hypoxia tolerance in a corallivorous polychaete

  • 1. Smithsonian Tropical Research Institute

Description

Abstract There is mounting evidence that the deoxygenation of coastal marine ecosystems has been underestimated, particularly in the tropics. These physical conditions appear to have far‐reaching consequences for marine communities and have been associated with mass mortalities. Yet little is known about hypoxia in tropical habitats or about the effects it has on reef‐associated benthic organisms. We explored patterns of dissolved oxygen (DO) throughout Almirante Bay, Panama and found a hypoxic gradient, with areas closest to the mainland having the largest diel variation in DO, as well as more frequent persistent hypoxia. We then designed a laboratory experiment replicating the most extreme in situ DO regime found on shallow patch reefs (3 m) to assess the response of the corallivorous fireworm, Hermodice carnaculata to hypoxia. Worms were exposed to hypoxic conditions (8 hr ~ 1 mg/L or 3.2 kPa) 16 times over an 8‐week period, and at 4 and 8 weeks, their oxygen consumption (respiration rates) was measured upon reoxygenation, along with regrowth of severed gills. Exposure to low DO resulted in worms regenerating significantly larger gills compared to worms under normoxia. This response to low DO was coupled with an ability to maintain elevated oxygen consumption/respiration rates after low DO exposure. In contrast, worms from the normoxic treatment had significantly depressed respiration rates after being exposed to low DO (week 8). This indicates that oxygen‐mediated plasticity in both gill morphology and physiology may confer tolerance to increasingly frequent and severe hypoxia in one important coral predator associated with reef decline.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

الخلاصة هناك أدلة متزايدة على أن نقص الأكسجين في النظم الإيكولوجية البحرية الساحلية قد تم التقليل من شأنه، لا سيما في المناطق المدارية. يبدو أن هذه الظروف المادية لها عواقب بعيدةالمدى على المجتمعات البحرية وقد ارتبطت بالوفيات الجماعية. ومع ذلك، لا يُعرف سوى القليل عن نقص الأكسجة في الموائل الاستوائية أو عن آثاره على الكائنات القاعية المرتبطة بالشعاب المرجانية. استكشفنا أنماط الأكسجين الذائب (DO) في جميع أنحاء خليج الميرانتي، بنما ووجدنا تدرجًا لنقص الأكسجين، حيث تعاني المناطق الأقرب إلى البر الرئيسي من أكبر تباين دييل في DO، بالإضافة إلى نقص الأكسجة المستمر الأكثر تكرارًا. ثم صممنا تجربة معملية لتكرار نظام DO الأكثر تطرفًا في الموقع الموجود على الشعاب المرجانية الضحلة (3 أمتار) لتقييم استجابة دودة النار المرجانية، Hermodice carnaculata لنقص الأكسجة. تعرضت الديدان لظروف نقص الأكسجين (8 ساعات ~ 1 ملغ/لتر أو 3.2 كيلو باسكال) 16 مرة على مدى 8 أسابيع، وفي 4 و 8 أسابيع، تم قياس استهلاكها للأكسجين (معدلات التنفس) عند إعادة الأكسجة، إلى جانب إعادة نمو الخياشيم المقطوعة. أدى التعرض لـ DO المنخفض إلى تجديد الديدان لخياشيم أكبر بكثير مقارنة بالديدان تحت مستوى الأكسجة الطبيعي. اقترنت هذه الاستجابة لانخفاض DO بالقدرة على الحفاظ على معدلات استهلاك/تنفس مرتفعة للأكسجين بعد التعرض المنخفض لـ DO. على النقيض من ذلك، كانت الديدان الناتجة عن العلاج الطبيعي للأكسجين قد خفضت معدلات التنفس بشكل كبير بعد تعرضها لانخفاض DO (الأسبوع 8). يشير هذا إلى أن اللدونة بوساطة الأكسجين في كل من مورفولوجيا الخياشيم وعلم وظائف الأعضاء قد تمنح التسامح لنقص الأكسجة المتكرر والشديد بشكل متزايد في أحد الحيوانات المفترسة المرجانية المهمة المرتبطة بانخفاض الشعاب المرجانية.

Translated Description (French)

Résumé Il existe de plus en plus de preuves que la désoxygénation des écosystèmes marins côtiers a été sous-estimée, en particulier sous les tropiques. Ces conditions physiques semblent avoir des conséquences profondes pour les communautés marines et ont été associées à des mortalités massives. Pourtant, on sait peu de choses sur l'hypoxie dans les habitats tropicaux ou sur ses effets sur les organismes benthiques associés aux récifs. Nous avons exploré les modèles d'oxygène dissous (OD) dans toute la baie d'Almirante, au Panama, et avons trouvé un gradient hypoxique, les zones les plus proches du continent présentant la plus grande variation de diel en OD, ainsi qu'une hypoxie persistante plus fréquente. Nous avons ensuite conçu une expérience de laboratoire reproduisant le régime de DO in situ le plus extrême trouvé sur les récifs peu profonds (3 m) pour évaluer la réponse du ver corallivore Hermodice carnaculata à l'hypoxie. Les vers ont été exposés à des conditions hypoxiques (8 heures ~ 1 mg/L ou 3,2 kPa) 16 fois sur une période de 8 semaines, et à 4 et 8 semaines, leur consommation d'oxygène (taux de respiration) a été mesurée lors de la réoxygénation, ainsi que la repousse des branchies sectionnées. L'exposition à une faible DO a entraîné la régénération de branchies significativement plus grandes par rapport aux vers sous normoxie. Cette réponse à une faible DO a été associée à une capacité à maintenir des taux élevés de consommation d'oxygène/respiration après une faible exposition à la DO. En revanche, les vers du traitement normoxique avaient des taux de respiration significativement réduits après avoir été exposés à une faible DO (semaine 8). Cela indique que la plasticité médiée par l'oxygène dans la morphologie et la physiologie des branchies peut conférer une tolérance à une hypoxie de plus en plus fréquente et grave chez un important prédateur corallien associé au déclin des récifs.

Translated Description (Spanish)

Resumen Existe una creciente evidencia de que la desoxigenación de los ecosistemas marinos costeros ha sido subestimada, particularmente en los trópicos. Estas condiciones físicas parecen tener consecuencias delargoalcance para las comunidades marinas y se han asociado con mortalidades masivas. Sin embargo, se sabe poco sobre la hipoxia en los hábitats tropicales o sobre los efectos que tiene en los organismos bentónicos asociados a los arrecifes. Exploramos los patrones de oxígeno disuelto (OD) en toda la bahía de Almirante, Panamá, y encontramos un gradiente hipóxico, con las áreas más cercanas al continente con la mayor variación de OD, así como una hipoxia persistente más frecuente. Luego diseñamos un experimento de laboratorio que replicaba el régimen de DO in situ más extremo encontrado en arrecifes de parches poco profundos (3 m) para evaluar la respuesta del gusano de fuego coralívoro, Hermodice carnaculata, a la hipoxia. Los gusanos se expusieron a condiciones hipóxicas (8 hr ~ 1 mg/L o 3.2 kPa) 16 veces durante un período de 8 semanas, y a las 4 y 8 semanas, se midió su consumo de oxígeno (tasas de respiración) tras la reoxigenación, junto con el recrecimiento de branquias cortadas. La exposición a DO bajo dio como resultado que los gusanos regeneraran branquias significativamente más grandes en comparación con los gusanos bajo normoxia. Esta respuesta a la DO baja se combinó con la capacidad de mantener tasas elevadas de consumo/respiración de oxígeno después de una exposición baja a la DO. Por el contrario, los gusanos del tratamiento normóxico tuvieron tasas de respiración significativamente deprimidas después de estar expuestos a una DO baja (semana 8). Esto indica que la plasticidad mediadapor oxígeno tanto en la morfología como en la fisiología de las branquias puede conferir tolerancia a la hipoxia cada vez más frecuente y grave en un importante depredador de coral asociado con el declive de los arrecifes.

Files

ece3.5929.pdf

Files (16.0 kB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:f25a515a809ce09b55e7dc599b6f97e7
16.0 kB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
يمنح اللدونة بوساطة الأكسجين تحملاً لنقص الأكسجة في الشوكيات المرجانية
Translated title (French)
La plasticité médiée par l'oxygène confère une tolérance à l'hypoxie à un polychète corallivore
Translated title (Spanish)
La plasticidad mediadapor oxígeno confiere tolerancia a la hipoxia en un poliquete coralívoro

Identifiers

Other
https://openalex.org/W2999385684
DOI
10.1002/ece3.5929

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Panama

References

  • https://openalex.org/W1492439919
  • https://openalex.org/W1533533068
  • https://openalex.org/W1571214134
  • https://openalex.org/W1947451958
  • https://openalex.org/W1966462349
  • https://openalex.org/W1971260639
  • https://openalex.org/W1971907102
  • https://openalex.org/W1976403158
  • https://openalex.org/W1977253325
  • https://openalex.org/W1992689326
  • https://openalex.org/W1992927257
  • https://openalex.org/W2001812667
  • https://openalex.org/W2003162010
  • https://openalex.org/W2003780050
  • https://openalex.org/W2008059407
  • https://openalex.org/W2011584988
  • https://openalex.org/W2017290612
  • https://openalex.org/W2027865107
  • https://openalex.org/W2029798338
  • https://openalex.org/W2034720689
  • https://openalex.org/W2039097931
  • https://openalex.org/W2046078631
  • https://openalex.org/W2052705134
  • https://openalex.org/W2055315077
  • https://openalex.org/W2056414450
  • https://openalex.org/W2059477049
  • https://openalex.org/W2060559426
  • https://openalex.org/W2069922261
  • https://openalex.org/W2106370145
  • https://openalex.org/W2106839118
  • https://openalex.org/W2107289345
  • https://openalex.org/W2111684210
  • https://openalex.org/W2132446930
  • https://openalex.org/W2139115960
  • https://openalex.org/W2139183786
  • https://openalex.org/W2141707502
  • https://openalex.org/W2142308487
  • https://openalex.org/W2150329637
  • https://openalex.org/W2462173710
  • https://openalex.org/W2484259193
  • https://openalex.org/W2489635982
  • https://openalex.org/W2521143611
  • https://openalex.org/W2588770771
  • https://openalex.org/W2591868841
  • https://openalex.org/W2597848358
  • https://openalex.org/W2745863872
  • https://openalex.org/W2768386037
  • https://openalex.org/W2781567654
  • https://openalex.org/W2806331988
  • https://openalex.org/W2806438151
  • https://openalex.org/W2887074024
  • https://openalex.org/W2909827373
  • https://openalex.org/W2911087894
  • https://openalex.org/W2911533287
  • https://openalex.org/W2999385684
  • https://openalex.org/W4251644230