Published February 8, 2022
| Version v1
Publication
Open
Effects of seawater temperature and seasonal irradiance on growth, reproduction, and survival of the endemic Antarctic brown alga Desmarestia menziesii (Phaeophyceae)
Creators
- 1. Argentine Antarctic Institute
- 2. National University of Mar del Plata
- 3. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas
- 4. Alfred-Wegener-Institut Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung
Description
Abstract Endemic Antarctic macroalgae are especially adapted to live in extreme Antarctic conditions. Their potential biogeographic distribution niche is primarily controlled by the photoperiodic regime and seawater temperatures, since these parameters regulate growth, reproduction, and survival during the entire life cycle. Here we analyzed the upper survival temperature (UST) of juvenile sporophytes and the temperature range for sporophyte formation from gametophytes of Desmarestia menziesii , one of the dominant endemic Antarctic brown algal species. This process is a missing link to better evaluate the full biogeographical niche of this species. Two laboratory experiments were conducted. First, growth and maximum quantum yield of juvenile sporophytes were analyzed under a temperature gradient (0, 5, 10, 12, 13, 14, 15, and 16 °C) in a 16:8 h light:dark (LD) regime (Antarctic spring condition) for 2 weeks. Second, the formation of sporophytes from gametophytes (as a proxy of gametophyte reproduction) was evaluated during a 7 weeks period under a temperature gradient (0, 4, 8, 12, and 16 °C), and two different photoperiods: 6:18 h LD regime simulating winter conditions and a light regime simulating the Antarctic shift from winter to spring by gradually increasing the light period from 7.5:16.5 h LD (late winter) to 18.5:5.5 h LD (late spring). Sporophytes of D. menziesii were able to grow and survive up to 14 °C for 2 weeks without visible signs of morphological damage. Thus, this species shows the highest UST of all endemic Antarctic Desmarestiales species. In turn, gametophyte reproduction solely took place at 0 °C but not at 4–8 °C. The number of emerging sporophytes was six times higher under the light regime simulating the transition from winter to spring than under constant short day winter conditions. There was a negative relationship between the number of sporophytes formed and the gametophyte density at the beginning of the experiment, which provides evidence that gametophyte density exerts some control upon reproduction in D. menziesii . Results strongly indicate that although sporophytes and gametophytes may survive in warmer temperatures, the northernmost distribution limit of D. menziesii in South Georgia Islands is set by the low temperature requirements for gametophyte reproduction. Hence, global warming could have an impact on the distribution of this and other Antarctic species, by influencing their growth and reproduction.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تتكيف الطحالب الكلية المتوطنة في أنتاركتيكا بشكل خاص للعيش في ظروف قاسية في أنتاركتيكا. يتم التحكم في مكان التوزيع الجغرافي الحيوي المحتمل في المقام الأول من خلال النظام الدوري الضوئي ودرجات حرارة مياه البحر، لأن هذه المعلمات تنظم النمو والتكاثر والبقاء على قيد الحياة خلال دورة الحياة بأكملها. هنا قمنا بتحليل درجة حرارة البقاء العليا (UST) للنباتات البوغية اليافعة ونطاق درجة الحرارة لتكوين النباتات البوغية من النباتات المشيجية من Desmarestia menziesii ، أحد أنواع الطحالب البنية المستوطنة السائدة في أنتاركتيكا. هذه العملية هي حلقة مفقودة لتقييم المكانة الجغرافية الحيوية الكاملة لهذا النوع بشكل أفضل. تم إجراء تجربتين مختبريتين. أولاً، تم تحليل النمو والعائد الكمي الأقصى للنباتات البوغية اليافعة تحت تدرج درجة الحرارة (0، 5، 10، 12، 13، 14، 15، و 16 درجة مئوية) في ضوء 16:8 ساعة: نظام الظلام (LD) (حالة الربيع في القطب الجنوبي) لمدة أسبوعين. ثانيًا، تم تقييم تكوين النباتات البوغية من النباتات المشيجية (كبديل لتكاثر النباتات المشيجية) خلال فترة 7 أسابيع تحت تدرج درجة الحرارة (0 و 4 و 8 و 12 و 16 درجة مئوية)، وفترتين ضوئيتين مختلفتين: نظام LD 6:18 h الذي يحاكي ظروف الشتاء ونظام الضوء الذي يحاكي التحول القطبي الجنوبي من الشتاء إلى الربيع عن طريق زيادة فترة الضوء تدريجيًا من 7.5:16.5 h LD (أواخر الشتاء) إلى 18.5:5.5 h LD (أواخر الربيع). كانت النباتات البوغية من D. menziesii قادرة على النمو والبقاء على قيد الحياة حتى 14 درجة مئوية لمدة أسبوعين دون علامات واضحة على الضرر المورفولوجي. وبالتالي، فإن هذا النوع يُظهر أعلى UST من جميع أنواع Desmarestiales المتوطنة في أنتاركتيكا. في المقابل، حدث تكاثر الطور المشيجي فقط عند 0 درجة مئوية ولكن ليس عند 4–8 درجة مئوية. كان عدد النباتات البوغية الناشئة أعلى بستة أضعاف في ظل نظام الضوء الذي يحاكي الانتقال من الشتاء إلى الربيع مما هو عليه في ظل ظروف الشتاء القصيرة المستمرة. كانت هناك علاقة سلبية بين عدد النباتات البوغية المتكونة وكثافة النباتات المشيجية في بداية التجربة، مما يوفر دليلاً على أن كثافة النباتات المشيجية تمارس بعض التحكم عند التكاثر في D. menziesii . تشير النتائج بقوة إلى أنه على الرغم من أن النباتات البوغية والنباتات المشيجية قد تعيش في درجات حرارة أكثر دفئًا، إلا أن الحد الأقصى لتوزيع D. menziesii في جزر جورجيا الجنوبية يتم تعيينه من خلال متطلبات درجة الحرارة المنخفضة لتكاثر النباتات المشيجية. وبالتالي، يمكن أن يكون للاحترار العالمي تأثير على توزيع هذا النوع والأنواع الأخرى في القارة القطبية الجنوبية، من خلال التأثير على نموها وتكاثرها.Translated Description (French)
Résumé Les macroalgues endémiques de l'Antarctique sont particulièrement adaptées pour vivre dans des conditions antarctiques extrêmes. Leur créneau potentiel de distribution biogéographique est principalement contrôlé par le régime photopériodique et les températures de l'eau de mer, puisque ces paramètres régulent la croissance, la reproduction et la survie tout au long du cycle de vie. Ici, nous avons analysé la température de survie supérieure (UST) des sporophytes juvéniles et la plage de température pour la formation des sporophytes à partir des gamétophytes de Desmarestia menziesii , l'une des espèces dominantes d'algues brunes endémiques de l'Antarctique. Ce processus est un chaînon manquant pour mieux évaluer la niche biogéographique complète de cette espèce. Deux expériences de laboratoire ont été menées. Tout d'abord, la croissance et le rendement quantique maximal des sporophytes juvéniles ont été analysés sous un gradient de température (0, 5, 10, 12, 13, 14, 15 et 16 °C) dans un régime de 16:8 h lumière :obscurité (LD) (condition de printemps antarctique) pendant 2 semaines. Deuxièmement, la formation de sporophytes à partir de gamétophytes (comme indicateur de la reproduction des gamétophytes) a été évaluée pendant une période de 7 semaines sous un gradient de température (0, 4, 8, 12 et 16 °C) et deux photopériodes différentes : un régime LD de 6:18 h simulant les conditions hivernales et un régime lumineux simulant le passage de l'Antarctique de l'hiver au printemps en augmentant progressivement la période lumineuse de 7,5:16,5 h LD (fin de l'hiver) à 18,5:5,5 h LD (fin du printemps). Les sporophytes de D. menziesii ont pu croître et survivre jusqu'à 14 °C pendant 2 semaines sans signes visibles de dommages morphologiques. Ainsi, cette espèce présente le TUS le plus élevé de toutes les espèces endémiques de l'Antarctique Desmarestiales. À son tour, la reproduction des gamétophytes a eu lieu uniquement à 0 °C mais pas à 4–8 °C. Le nombre de sporophytes émergents était six fois plus élevé sous le régime de lumière simulant la transition de l'hiver au printemps que sous des conditions hivernales constantes de courte journée. Il y avait une relation négative entre le nombre de sporophytes formés et la densité des gamétophytes au début de l'expérience, ce qui prouve que la densité des gamétophytes exerce un certain contrôle sur la reproduction chez D. menziesii . Les résultats indiquent fortement que, bien que les sporophytes et les gamétophytes puissent survivre à des températures plus chaudes, la limite de distribution la plus septentrionale de D. menziesii dans les îles de Géorgie du Sud est fixée par les exigences de basse température pour la reproduction des gamétophytes. Par conséquent, le réchauffement climatique pourrait avoir un impact sur la distribution de cette espèce et d'autres espèces antarctiques, en influençant leur croissance et leur reproduction.Translated Description (Spanish)
Resumen Las macroalgas antárticas endémicas están especialmente adaptadas para vivir en condiciones antárticas extremas. Su nicho potencial de distribución biogeográfica está controlado principalmente por el régimen fotoperiódico y las temperaturas del agua de mar, ya que estos parámetros regulan el crecimiento, la reproducción y la supervivencia durante todo el ciclo de vida. Aquí analizamos la temperatura superior de supervivencia (UST) de los esporófitos juveniles y el rango de temperatura para la formación de esporófitos a partir de gametofitos de Desmarestia menziesii , una de las especies endémicas dominantes de algas pardas antárticas. Este proceso es un eslabón perdido para evaluar mejor el nicho biogeográfico completo de esta especie. Se realizaron dos experimentos de laboratorio. En primer lugar, se analizó el crecimiento y el rendimiento cuántico máximo de esporofitos juveniles bajo un gradiente de temperatura (0, 5, 10, 12, 13, 14, 15 y 16 °C) en un régimen de luz:oscuridad (LD) de 16: 8 h (condición de primavera antártica) durante 2 semanas. En segundo lugar, se evaluó la formación de esporofitos a partir de gametofitos (como un proxy de la reproducción de gametofitos) durante un período de 7 semanas bajo un gradiente de temperatura (0, 4, 8, 12 y 16 °C) y dos fotoperíodos diferentes: régimen LD de 6:18 h que simula las condiciones invernales y un régimen de luz que simula el cambio antártico del invierno a la primavera al aumentar gradualmente el período de luz de 7.5:16.5 h LD (finales del invierno) a 18.5:5.5 h LD (finales de la primavera). Los esporófitos de D. menziesii fueron capaces de crecer y sobrevivir hasta 14 °C durante 2 semanas sin signos visibles de daño morfológico. Por lo tanto, esta especie muestra el UST más alto de todas las especies endémicas de Desmarestiales antárticos. A su vez, la reproducción de gametofitos solo tuvo lugar a 0 °C, pero no a 4–8 °C. El número de esporófitos emergentes fue seis veces mayor en el régimen de luz que simulaba la transición del invierno a la primavera que en condiciones invernales constantes de día corto. Hubo una relación negativa entre el número de esporofitos formados y la densidad de gametofitos al comienzo del experimento, lo que proporciona evidencia de que la densidad de gametofitos ejerce cierto control sobre la reproducción en D. menziesii . Los resultados indican claramente que, aunque los esporófitos y gametofitos pueden sobrevivir en temperaturas más cálidas, el límite de distribución más septentrional de D. menziesii en las Islas Georgias del Sur se establece por los requisitos de baja temperatura para la reproducción de gametofitos. Por lo tanto, el calentamiento global podría tener un impacto en la distribución de esta y otras especies antárticas, al influir en su crecimiento y reproducción.Files
s00300-021-02991-5.pdf.pdf
Files
(1.4 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:c2aac3f408b53c02ef138f1a2c619200
|
1.4 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- آثار درجة حرارة مياه البحر والإشعاع الموسمي على نمو وتكاثر وبقاء الطحالب البنية المستوطنة في أنتاركتيكا Desmarestia menziesii (Phaeophyceae)
- Translated title (French)
- Effets de la température de l'eau de mer et de l'irradiation saisonnière sur la croissance, la reproduction et la survie de l'algue brune endémique de l'Antarctique Desmarestia menziesii (Phaeophyceae)
- Translated title (Spanish)
- Efectos de la temperatura del agua de mar y la irradiación estacional sobre el crecimiento, la reproducción y la supervivencia del alga parda antártica endémica Desmarestia menziesii (Phaeophyceae)
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W4210827286
- DOI
- 10.1007/s00300-021-02991-5
References
- https://openalex.org/W1489326049
- https://openalex.org/W1489838709
- https://openalex.org/W1503832382
- https://openalex.org/W1514815879
- https://openalex.org/W1704562289
- https://openalex.org/W1920906174
- https://openalex.org/W1964223450
- https://openalex.org/W1966285708
- https://openalex.org/W1973747046
- https://openalex.org/W1977394352
- https://openalex.org/W1987430796
- https://openalex.org/W1989925148
- https://openalex.org/W1990437191
- https://openalex.org/W1997939021
- https://openalex.org/W1998798251
- https://openalex.org/W2000263931
- https://openalex.org/W2004389825
- https://openalex.org/W2008167017
- https://openalex.org/W2009251917
- https://openalex.org/W2011649816
- https://openalex.org/W2014320894
- https://openalex.org/W2033738041
- https://openalex.org/W2034914112
- https://openalex.org/W2036328503
- https://openalex.org/W2036950156
- https://openalex.org/W2037109171
- https://openalex.org/W2038926158
- https://openalex.org/W2040539404
- https://openalex.org/W2041061001
- https://openalex.org/W2052473861
- https://openalex.org/W2054599698
- https://openalex.org/W2055521624
- https://openalex.org/W2069728347
- https://openalex.org/W2073668031
- https://openalex.org/W2073797353
- https://openalex.org/W2073994942
- https://openalex.org/W2074794225
- https://openalex.org/W2075644307
- https://openalex.org/W2081474909
- https://openalex.org/W2083060339
- https://openalex.org/W2084173541
- https://openalex.org/W2088761733
- https://openalex.org/W2093356585
- https://openalex.org/W2093446163
- https://openalex.org/W2094759763
- https://openalex.org/W2095323031
- https://openalex.org/W2113456000
- https://openalex.org/W2137289378
- https://openalex.org/W2137331406
- https://openalex.org/W2156191946
- https://openalex.org/W2278448008
- https://openalex.org/W2323221950
- https://openalex.org/W2324827168
- https://openalex.org/W239726921
- https://openalex.org/W2524540513
- https://openalex.org/W2582743722
- https://openalex.org/W2899831533
- https://openalex.org/W2961130650
- https://openalex.org/W2972709280
- https://openalex.org/W2974704874
- https://openalex.org/W3005398802
- https://openalex.org/W3021573827
- https://openalex.org/W3022324920
- https://openalex.org/W3023370229
- https://openalex.org/W3035962356
- https://openalex.org/W3094553370
- https://openalex.org/W4206439534