Published March 26, 2019
| Version v1
Publication
Open
pH Variability Exacerbates Effects of Ocean Acidification on a Caribbean Crustose Coralline Alga
Creators
- 1. Smithsonian Tropical Research Institute
- 2. Smithsonian Environmental Research Center
- 3. Smithsonian Institution
- 4. Smithsonian Marine Station
- 5. Mount Holyoke College
- 6. University of Chicago
- 7. University of Florida
Description
Crustose coralline algae (CCA) are among the most sensitive marine taxa to the pH changes predicted with ocean acidification (OA). However, many CCA exist in habitats where diel cycles in pH can surpass near-future OA projections. The prevailing theory that natural variability increases the tolerance of calcifiers to OA has not been widely tested with tropical CCA. Here, we assess the response of the reef-building species Lithophyllum congestum to stable and variable pH treatments, including an ambient control (amb/stable). The amb/variable treatment simulated an ambient diel cycle in pH (7.65-7.95), OA/stable simulated constant low pH reflecting worst-case year 2100 predictions (7.7), and OA/variable combined diel cycling with lower mean pH (7.45-7.75). We monitored the effects of pH on total calcification rate and photophysiology (maximum quantum yield) over 16 weeks. To assess the potential for acclimatization, we also quantified calcification rates during the first (0-8 weeks) and second (8-16 weeks) halves of the experiment. Calcification rates were lower in all pH treatments relative to ambient controls and photophysiology was unaffected. At the end of the 16-week experiment, total calcification rates were similarly low in the amb/variable and OA/stable treatment (27-29%), whereas rates declined by double in the OA/variable treatment (60%). When comparing the first and second halves of the experiment, there was no acclimatization in stable treatments as calcification rates remained unchanged in both the amb/stable and OA/stable treatments. In contrast, calcification rates deteriorated between periods in the variable treatments: from a 16-47% reduction in the amb/variable treatment to a 49-79% reduction in the OA/variable treatment, relative to controls. Our findings provide compelling evidence that pH variability can heighten CCA sensitivity to reductions in pH. Moreover, the decline in calcification rate over time directly contrasts prevailing theory that variability inherently increases organismal tolerances to low pH, and suggests that mechanisms of tolerance may become limited with increasing time of exposure. The significant role of diel pH cycling in CCA responses to OA indicates that organisms in habitats with diel variability could respond more severely to rapid changes in ocean pH associated with OA than predicted by experiments conducted under static conditions.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
تعد الطحالب المرجانية القشرية (CCA) من بين أكثر الأصناف البحرية حساسية لتغيرات الأس الهيدروجيني المتوقعة مع تحمض المحيطات (OA). ومع ذلك، يوجد العديد من التقييم القطري المشترك في الموائل حيث يمكن لدورات الدييل في درجة الحموضة أن تتجاوز توقعات الزراعة العضوية في المستقبل القريب. لم يتم اختبار النظرية السائدة القائلة بأن التباين الطبيعي يزيد من تحمل أجهزة التكليس إلى الزراعة العضوية على نطاق واسع باستخدام التقييم القطري المشترك الاستوائي. هنا، نقوم بتقييم استجابة أنواع بناء الشعاب المرجانية Lithophyllum congestum لمعالجات الأس الهيدروجيني المستقرة والمتغيرة، بما في ذلك التحكم المحيط (amb/stable). قام العلاج المتغير/المتغير بمحاكاة دورة ديال المحيطة في درجة الحموضة (7.65-7.95)، OA/ثابت ثابت محاكاة درجة الحموضة يعكس أسوأ تنبؤات عام 2100 (7.7)، و OA/متغير دورة ديال مجتمعة مع انخفاض متوسط درجة الحموضة (7.45-7.75). راقبنا آثار الأس الهيدروجيني على إجمالي معدل التكلس والفيزيولوجيا الضوئية (أقصى عائد كمي) على مدى 16 أسبوعًا. لتقييم إمكانية التأقلم، قمنا أيضًا بقياس معدلات التكلس خلال النصفين الأول (0-8 أسابيع) والثاني (8-16 أسبوعًا) من التجربة. كانت معدلات التكلس أقل في جميع علاجات الأس الهيدروجيني مقارنة بالضوابط المحيطة ولم تتأثر الفيزيولوجيا الضوئية. في نهاية التجربة التي استمرت 16 أسبوعًا، كان إجمالي معدلات التكلس منخفضًا بالمثل في العلاج بالأمبير/المتغير و الزراعة العضوية/المستقرة (27-29 ٪)، في حين انخفضت المعدلات بمقدار الضعف في العلاج بالأمبير/المتغير (60 ٪). عند مقارنة النصفين الأول والثاني من التجربة، لم يكن هناك تأقلم في العلاجات المستقرة حيث بقيت معدلات التكلس دون تغيير في كل من علاجات الأمبير/المستقرة و الزراعة العضوية/المستقرة. على النقيض من ذلك، تدهورت معدلات التكلس بين الفترات في العلاجات المتغيرة: من انخفاض بنسبة 16-47 ٪ في العلاج الكهرومغناطيسي/المتغير إلى انخفاض بنسبة 49-79 ٪ في العلاج OA/المتغير، بالنسبة إلى الضوابط. تقدم النتائج التي توصلنا إليها دليلًا مقنعًا على أن تقلب درجة الحموضة يمكن أن يزيد من حساسية CCA للانخفاضات في درجة الحموضة. علاوة على ذلك، فإن الانخفاض في معدل التكلس بمرور الوقت يتناقض بشكل مباشر مع النظرية السائدة القائلة بأن التباين يزيد بطبيعته من التحمل العضوي إلى درجة حموضة منخفضة، ويشير إلى أن آليات التحمل قد تصبح محدودة مع زيادة وقت التعرض. يشير الدور الهام لدورة الأس الهيدروجيني للدييل في استجابات التقييم القطري المشترك لـ OA إلى أن الكائنات الحية في الموائل ذات تقلب الدييل يمكن أن تستجيب بشكل أكثر حدة للتغيرات السريعة في الأس الهيدروجيني للمحيطات المرتبطة بـ OA مما تنبأت به التجارب التي أجريت في ظل ظروف ثابتة.Translated Description (French)
Les algues corallines crustacées (CCA) sont parmi les taxons marins les plus sensibles aux changements de pH prédits par l'acidification des océans (OA). Cependant, de nombreuses ACC existent dans des habitats où les cycles de diel dans le pH peuvent dépasser les projections d'AP dans un avenir proche. La théorie dominante selon laquelle la variabilité naturelle augmente la tolérance des calcifiants à l'arthrose n'a pas été largement testée avec l'ACC tropicale. Nous évaluons ici la réponse de l'espèce bâtisseuse de récifs Lithophyllum congestum à des traitements à pH stable et variable, y compris un contrôle ambiant (amb/stable). Le traitement amb/variable a simulé un cycle diel ambiant dans le pH (7,65-7,95), OA/stable a simulé un faible pH constant reflétant les prévisions les plus pessimistes de l'année 2100 (7,7) et OA/cycle diel combiné variable avec un pH moyen inférieur (7,45-7,75). Nous avons suivi les effets du pH sur le taux de calcification total et la photophysiologie (rendement quantique maximal) sur 16 semaines. Pour évaluer le potentiel d'acclimatation, nous avons également quantifié les taux de calcification au cours des première (0-8 semaines) et deuxième (8-16 semaines) moitiés de l'expérience. Les taux de calcification étaient plus faibles dans tous les traitements de pH par rapport aux témoins ambiants et la photophysiologie n'était pas affectée. À la fin de l'expérience de 16 semaines, les taux de calcification totale étaient également faibles dans le traitement amb/variable et OA/stable (27-29%), tandis que les taux diminuaient du double dans le traitement OA/variable (60%). Lors de la comparaison des première et deuxième moitiés de l'expérience, il n'y a pas eu d'acclimatation dans les traitements stables car les taux de calcification sont restés inchangés à la fois dans les traitements amb/stable et OA/stable. En revanche, les taux de calcification se sont détériorés entre les périodes dans les traitements variables : d'une réduction de 16-47% du traitement amb/variable à une réduction de 49-79% du traitement OA/variable, par rapport aux témoins. Nos résultats fournissent des preuves convaincantes que la variabilité du pH peut augmenter la sensibilité de l'ACC aux réductions du pH. De plus, la baisse du taux de calcification au fil du temps contraste directement avec la théorie dominante selon laquelle la variabilité augmente intrinsèquement les tolérances de l'organisme à un faible pH, et suggère que les mécanismes de tolérance peuvent devenir limités avec l'augmentation du temps d'exposition. Le rôle important du cycle du pH diel dans les réponses de l'ACC à l'AP indique que les organismes dans les habitats présentant une variabilité diel pourraient réagir plus sévèrement aux changements rapides du pH océanique associés à l'AP que ne le prédisent les expériences menées dans des conditions statiques.Translated Description (Spanish)
Las algas coralinas costrosas (CCA) se encuentran entre los taxones marinos más sensibles a los cambios de pH previstos con la acidificación de los océanos (OA). Sin embargo, existen muchos CCA en hábitats donde los ciclos de diel en el pH pueden superar las proyecciones de OA en el futuro cercano. La teoría predominante de que la variabilidad natural aumenta la tolerancia de los calcificadores a la OA no se ha probado ampliamente con CCA tropical. Aquí, evaluamos la respuesta de la especie formadora de arrecifes Lithophyllum congestum a los tratamientos de pH estable y variable, incluido un control ambiental (amb/estable). El tratamiento amb/variable simuló un ciclo de diel ambiental en pH (7,65-7,95), OA/pH bajo constante simulado estable que refleja las predicciones del peor de los casos del año 2100 (7,7) y OA/ciclo de diel combinado variable con pH medio más bajo (7,45-7,75). Monitoreamos los efectos del pH en la tasa de calcificación total y la fotofisiología (rendimiento cuántico máximo) durante 16 semanas. Para evaluar el potencial de aclimatación, también cuantificamos las tasas de calcificación durante la primera (0-8 semanas) y la segunda (8-16 semanas) mitad del experimento. Las tasas de calcificación fueron más bajas en todos los tratamientos de pH en relación con los controles ambientales y la fotofisiología no se vio afectada. Al final del experimento de 16 semanas, las tasas de calcificación total fueron igualmente bajas en el tratamiento amb/variable y OA/estable (27-29%), mientras que las tasas disminuyeron en un doble en el tratamiento OA/variable (60%). Al comparar la primera y la segunda mitad del experimento, no hubo aclimatación en los tratamientos estables, ya que las tasas de calcificación se mantuvieron sin cambios en los tratamientos amb/estable y OA/estable. Por el contrario, las tasas de calcificación se deterioraron entre períodos en los tratamientos variables: de una reducción del 16-47% en el tratamiento amb/variable a una reducción del 49-79% en el tratamiento OA/variable, en relación con los controles. Nuestros hallazgos proporcionan pruebas convincentes de que la variabilidad del pH puede aumentar la sensibilidad de la CCA a las reducciones del pH. Además, la disminución de la tasa de calcificación a lo largo del tiempo contrasta directamente con la teoría predominante de que la variabilidad aumenta inherentemente las tolerancias del organismo a un pH bajo, y sugiere que los mecanismos de tolerancia pueden limitarse con el aumento del tiempo de exposición. El papel significativo del ciclo del pH diel en las respuestas de CCA a la OA indica que los organismos en hábitats con variabilidad diel podrían responder más severamente a los cambios rápidos en el pH del océano asociados con la OA de lo predicho por los experimentos realizados en condiciones estáticas.Files
pdf.pdf
Files
(1.8 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:165de1cc7042a370251022490e1d6c1a
|
1.8 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- يؤدي تقلب الأس الهيدروجيني إلى تفاقم آثار تحمض المحيطات على الطحالب المرجانية القشرية الكاريبية
- Translated title (French)
- variabilité du pH Exacerbates Effects of Ocean Acidification on a Caribbean Crustose Coralline Alga
- Translated title (Spanish)
- la variabilidad del pH exacerba los efectos de la acidificación del océano en un alga coralina costrosa del Caribe
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2924231418
- DOI
- 10.3389/fmars.2019.00150
References
- https://openalex.org/W1944910663
- https://openalex.org/W1951724000
- https://openalex.org/W1955409050
- https://openalex.org/W1979260633
- https://openalex.org/W1990486347
- https://openalex.org/W2003012154
- https://openalex.org/W2012190712
- https://openalex.org/W2017013780
- https://openalex.org/W2019164597
- https://openalex.org/W2020856856
- https://openalex.org/W2024501581
- https://openalex.org/W2028226176
- https://openalex.org/W2030341749
- https://openalex.org/W2037326429
- https://openalex.org/W2038561967
- https://openalex.org/W2051481587
- https://openalex.org/W2058102603
- https://openalex.org/W2059567047
- https://openalex.org/W2082283307
- https://openalex.org/W2083342038
- https://openalex.org/W2083675907
- https://openalex.org/W2094968020
- https://openalex.org/W2096973757
- https://openalex.org/W2104476270
- https://openalex.org/W2110725389
- https://openalex.org/W2118746931
- https://openalex.org/W2119993764
- https://openalex.org/W2123920115
- https://openalex.org/W2129489126
- https://openalex.org/W2130571652
- https://openalex.org/W2132791458
- https://openalex.org/W2133005520
- https://openalex.org/W2142674362
- https://openalex.org/W2143094318
- https://openalex.org/W2145406894
- https://openalex.org/W2146506685
- https://openalex.org/W2153100309
- https://openalex.org/W2166776036
- https://openalex.org/W2167219106
- https://openalex.org/W2169807673
- https://openalex.org/W2191265812
- https://openalex.org/W2191795420
- https://openalex.org/W2222667290
- https://openalex.org/W2318456154
- https://openalex.org/W2343509963
- https://openalex.org/W2488062344
- https://openalex.org/W2505131483
- https://openalex.org/W2592392839
- https://openalex.org/W2605319797
- https://openalex.org/W2767491822
- https://openalex.org/W2802113425
- https://openalex.org/W2810370745
- https://openalex.org/W2812206820
- https://openalex.org/W2883237626
- https://openalex.org/W2910555553