Published December 9, 2020 | Version v1
Publication Open

Multi-stressor Extremes Found on a Tropical Coral Reef Impair Performance

  • 1. Smithsonian Tropical Research Institute

Description

Global change has resulted in oceans that are warmer, more acidic, and lower in oxygen. Individually any one of these stressors can have numerous negative impacts on marine organisms, and in combination they are likely to be particularly detrimental. Understanding the interactions between these factors is important as they often covary, with warming promoting hypoxia, and hypoxia co-occurring with acidification. Few studies have examined how all three factors interact to affect organismal performance, and information is particularly sparse for tropical organisms. Here we documented a strong relationship between high temperatures, low dissolved oxygen (DO), and low pH in and around a tropical bay. We used these field values to inform two multi-stressor experiments. Each experimental factor had two levels, one representing current average conditions and the other representing current extreme conditions experienced in the area. We used sea urchin righting response as a measure of organismal performance for an important reef herbivore. In the first experiment 2-h exposures to a fully factorial combination of temperature, DO, and pH showed that righting success was significantly depressed under low oxygen. To more fully understand the impacts of pH, we acclimated sea urchins to control and low pH for 7 days and subsequently exposed them to the same experimental conditions. Sea urchins acclimated to control pH had significantly reduced righting success compared to animals acclimated to low pH, and righting success was significantly depressed under hypoxia and high temperature, compared to normoxia and ambient temperature. These results show that short, 2 h exposures to the temperature and DO extremes that are already experienced periodically by these animals have measurable detrimental effects on their performance. The positive impact of reduced pH is evident only over longer, 7 days durations, which are not currently experienced in this area.

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

Translated Description (Arabic)

وقد أدى التغير العالمي إلى محيطات أكثر دفئًا وأكثر حمضية وأقل في الأكسجين. يمكن أن يكون لأي من هذه الضغوطات بشكل فردي العديد من الآثار السلبية على الكائنات البحرية، ومن المحتمل أن تكون ضارة بشكل خاص. يعد فهم التفاعلات بين هذه العوامل أمرًا مهمًا لأنها غالبًا ما تكون مشتركة، حيث يعزز الاحترار نقص الأكسجة، ويحدث نقص الأكسجة مع التحمض. وقد درست دراسات قليلة كيفية تفاعل جميع العوامل الثلاثة للتأثير على الأداء العضوي، والمعلومات متفرقة بشكل خاص بالنسبة للكائنات الحية الاستوائية. هنا قمنا بتوثيق علاقة قوية بين درجات الحرارة العالية، والأكسجين المذاب المنخفض (DO)، وانخفاض درجة الحموضة في وحول الخليج الاستوائي. استخدمنا قيم المجال هذه لإبلاغ تجربتين متعددتي الإجهاد. كان لكل عامل تجريبي مستويان، أحدهما يمثل متوسط الظروف الحالية والآخر يمثل الظروف القاسية الحالية في المنطقة. استخدمنا استجابة تصحيح قنفذ البحر كمقياس للأداء العضوي لحيوان عشبي مهم في الشعاب المرجانية. في التجربة الأولى، أظهر التعرض لمدة ساعتين لمزيج عاملي كامل من درجة الحرارة ودرجة الحموضة أن نجاح التصحيح كان منخفضًا بشكل كبير في ظل انخفاض الأكسجين. لفهم تأثيرات الأس الهيدروجيني بشكل كامل، قمنا بتكييف قنافذ البحر للتحكم وانخفاض الأس الهيدروجيني لمدة 7 أيام وتعرضت بعد ذلك لنفس الظروف التجريبية. قللت قنافذ البحر المتكيفة للتحكم في درجة الحموضة نجاح التصحيح بشكل كبير مقارنة بالحيوانات المتكيفة مع درجة الحموضة المنخفضة، وكان نجاح التصحيح منخفضًا بشكل كبير في ظل نقص الأكسجة وارتفاع درجة الحرارة، مقارنة بنقص الأكسجة ودرجة الحرارة المحيطة. تُظهر هذه النتائج أن التعرضات القصيرة لمدة ساعتين لدرجة الحرارة والظواهر المتطرفة التي تعاني منها هذه الحيوانات بالفعل بشكل دوري لها آثار ضارة قابلة للقياس على أدائها. التأثير الإيجابي لانخفاض درجة الحموضة واضح فقط على فترات أطول، 7 أيام، والتي لا يتم تجربتها حاليًا في هذا المجال.

Translated Description (French)

Le changement climatique a entraîné des océans plus chauds, plus acides et plus pauvres en oxygène. Individuellement, l'un de ces facteurs de stress peut avoir de nombreux impacts négatifs sur les organismes marins, et en combinaison, ils sont susceptibles d'être particulièrement préjudiciables. Il est important de comprendre les interactions entre ces facteurs, car ils covarient souvent, le réchauffement favorisant l'hypoxie et l'hypoxie coïncidant avec l'acidification. Peu d'études ont examiné comment ces trois facteurs interagissent pour affecter les performances des organismes, et les informations sont particulièrement rares pour les organismes tropicaux. Ici, nous avons documenté une forte relation entre les températures élevées, la faible teneur en oxygène dissous (OD) et le faible pH dans et autour d'une baie tropicale. Nous avons utilisé ces valeurs de champ pour éclairer deux expériences multi-stress. Chaque facteur expérimental avait deux niveaux, l'un représentant les conditions moyennes actuelles et l'autre représentant les conditions extrêmes actuelles vécues dans la région. Nous avons utilisé la réponse de redressement de l'oursin comme mesure de la performance organisationnelle d'un herbivore récifal important. Dans la première expérience, des expositions de 2 h à une combinaison entièrement factorielle de température, de DO et de pH ont montré que le succès du redressement était significativement réduit sous faible teneur en oxygène. Pour mieux comprendre les impacts du pH, nous avons acclimaté les oursins au contrôle et au pH bas pendant 7 jours et les avons ensuite exposés aux mêmes conditions expérimentales. Les oursins acclimatés pour contrôler le pH avaient significativement réduit le succès du redressement par rapport aux animaux acclimatés à un faible pH, et le succès du redressement était significativement réduit sous hypoxie et à haute température, par rapport à la normoxie et à la température ambiante. Ces résultats montrent que des expositions courtes de 2 h aux extrêmes de température et de DO déjà expérimentés périodiquement par ces animaux ont des effets néfastes mesurables sur leurs performances. L'impact positif de la réduction du pH n'est évident que sur des durées plus longues, de 7 jours, qui ne sont pas actuellement expérimentées dans ce domaine.

Translated Description (Spanish)

El cambio global ha dado como resultado océanos más cálidos, más ácidos y con menos oxígeno. Individualmente, cualquiera de estos factores estresantes puede tener numerosos impactos negativos en los organismos marinos y, en combinación, es probable que sean particularmente perjudiciales. Comprender las interacciones entre estos factores es importante, ya que a menudo covarían, ya que el calentamiento promueve la hipoxia y la hipoxia se produce junto con la acidificación. Pocos estudios han examinado cómo los tres factores interactúan para afectar el rendimiento del organismo, y la información es particularmente escasa para los organismos tropicales. Aquí documentamos una fuerte relación entre las altas temperaturas, el bajo oxígeno disuelto (OD) y el bajo pH en y alrededor de una bahía tropical. Utilizamos estos valores de campo para informar dos experimentos de múltiples factores de estrés. Cada factor experimental tenía dos niveles, uno que representaba las condiciones medias actuales y el otro que representaba las condiciones extremas actuales experimentadas en el área. Utilizamos la respuesta de enderezamiento del erizo de mar como una medida del rendimiento del organismo para un importante herbívoro de arrecife. En el primer experimento, las exposiciones de 2 horas a una combinación totalmente factorial de temperatura, DO y pH mostraron que el éxito del enderezamiento se redujo significativamente con poco oxígeno. Para comprender mejor los impactos del pH, aclimatamos los erizos de mar para controlar y bajar el pH durante 7 días y posteriormente los expusimos a las mismas condiciones experimentales. Los erizos de mar aclimatados para controlar el pH habían reducido significativamente el éxito del enderezamiento en comparación con los animales aclimatados a un pH bajo, y el éxito del enderezamiento estaba significativamente deprimido bajo hipoxia y alta temperatura, en comparación con la normoxia y la temperatura ambiente. Estos resultados muestran que las exposiciones cortas de 2 h a los extremos de temperatura y DO que estos animales ya experimentan periódicamente tienen efectos perjudiciales medibles en su rendimiento. El impacto positivo de la reducción del pH es evidente solo en duraciones más largas, de 7 días, que actualmente no se experimentan en esta área.

Files

pdf.pdf

Files (4.1 MB)

⚠️ 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:e47b8da57ac0da1baf70c9cbe7e0bf44
4.1 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
درجات الإجهاد القصوى المتعددة الموجودة على أداء ضعيف للشعاب المرجانية الاستوائية
Translated title (French)
Extrêmes multi-stress trouvés sur un récif corallien tropical
Translated title (Spanish)
Extremos multiestrés encontrados en un arrecife de coral tropical perjudican el rendimiento

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3113287454
DOI
10.3389/fmars.2020.588764

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
Panama

References

  • https://openalex.org/W1503900815
  • https://openalex.org/W1528875468
  • https://openalex.org/W1561461563
  • https://openalex.org/W1673483003
  • https://openalex.org/W1923276080
  • https://openalex.org/W1972354540
  • https://openalex.org/W1975319797
  • https://openalex.org/W1986804300
  • https://openalex.org/W2003780050
  • https://openalex.org/W2004392281
  • https://openalex.org/W2005016886
  • https://openalex.org/W2009015311
  • https://openalex.org/W2009163215
  • https://openalex.org/W2010513448
  • https://openalex.org/W2019122445
  • https://openalex.org/W2019870599
  • https://openalex.org/W2020401731
  • https://openalex.org/W2024501581
  • https://openalex.org/W2031233919
  • https://openalex.org/W2035134708
  • https://openalex.org/W2038561967
  • https://openalex.org/W2039789630
  • https://openalex.org/W2048682842
  • https://openalex.org/W2060135383
  • https://openalex.org/W2076989694
  • https://openalex.org/W2078077411
  • https://openalex.org/W2084168620
  • https://openalex.org/W2084873096
  • https://openalex.org/W2086799019
  • https://openalex.org/W2088554808
  • https://openalex.org/W2089551337
  • https://openalex.org/W2107289345
  • https://openalex.org/W2111684210
  • https://openalex.org/W2131829457
  • https://openalex.org/W2132791458
  • https://openalex.org/W2133762778
  • https://openalex.org/W2135300779
  • https://openalex.org/W2141707502
  • https://openalex.org/W2146992469
  • https://openalex.org/W2155033464
  • https://openalex.org/W2161920581
  • https://openalex.org/W2167905626
  • https://openalex.org/W2173001546
  • https://openalex.org/W2191795525
  • https://openalex.org/W2216569889
  • https://openalex.org/W2235553663
  • https://openalex.org/W2274794646
  • https://openalex.org/W2277402077
  • https://openalex.org/W2289038096
  • https://openalex.org/W2290250095
  • https://openalex.org/W2328637845
  • https://openalex.org/W2335391105
  • https://openalex.org/W2337612714
  • https://openalex.org/W2343509963
  • https://openalex.org/W2346547237
  • https://openalex.org/W2489534557
  • https://openalex.org/W2508778749
  • https://openalex.org/W2516427778
  • https://openalex.org/W2561864381
  • https://openalex.org/W2563152096
  • https://openalex.org/W2588770771
  • https://openalex.org/W2597848358
  • https://openalex.org/W2678323552
  • https://openalex.org/W2762407206
  • https://openalex.org/W2779557201
  • https://openalex.org/W2781567654
  • https://openalex.org/W2788115770
  • https://openalex.org/W2909681691
  • https://openalex.org/W2911533287
  • https://openalex.org/W2912406821
  • https://openalex.org/W2965829869
  • https://openalex.org/W2981097091
  • https://openalex.org/W2981981432
  • https://openalex.org/W2995843607
  • https://openalex.org/W2999385684
  • https://openalex.org/W2999944469
  • https://openalex.org/W3010989164
  • https://openalex.org/W3013480189
  • https://openalex.org/W3014480380
  • https://openalex.org/W3043342136
  • https://openalex.org/W4237754067
  • https://openalex.org/W82515328