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Oct 13, 2023

Energia fotossintética utilizável explica padrões verticais de biodiversidade em corais zooxantelados

Relatórios Científicos volume 12,

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 20821 (2022) Citar este artigo

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A biodiversidade em ecossistemas de recifes de corais é distribuída de forma heterogênea em escalas espaciais e temporais, sendo comumente influenciada por fatores biogeográficos, área de habitat e frequência de perturbação. Uma associação potencial entre gradientes de energia utilizável e padrões de biodiversidade tem recebido pouco suporte empírico nesses ecossistemas. Aqui, analisamos a variação de produtividade e biodiversidade ao longo de gradientes de profundidade em comunidades de corais simbióticos, cujos membros dependem da energia translocada por simbiontes de algas fotossintéticas (zooxanthellae). Usando um modelo mecanicista, exploramos a associação entre a variação dependente da profundidade na energia fotossintética utilizável para corais e gradientes de diversidade de espécies, comparando recifes com contrastes de clareza da água e padrões de biodiversidade em pontos quentes globais da biodiversidade marinha. O modelo de produtividade-biodiversidade explicou entre 64 e 95% da variação relacionada à profundidade na riqueza de espécies de corais, indicando que grande parte da variação na riqueza de espécies com a profundidade é impulsionada por mudanças na contribuição fracional de energia fixada fotossinteticamente pelas zooxantelas. Esses resultados sugerem um papel fundamental da disponibilidade de energia solar e da produção fotossintética na explicação dos padrões em escala global da biodiversidade de corais e da estrutura da comunidade ao longo dos gradientes de profundidade. Assim, a manutenção da qualidade óptica da água nos recifes de coral é fundamental para proteger a biodiversidade dos corais e prevenir a degradação dos recifes.

A luz solar é a principal fonte de energia para praticamente toda a produção bioquímica de matéria orgânica na Terra1. Entre os diferentes fatores que afetam os produtores primários tanto em ecossistemas terrestres quanto aquáticos, a luz solar é talvez o mais heterogêneo espacial e temporalmente, resultando em impactos significativos na transferência de energia entre os níveis tróficos2,3,4. A variação na oferta de energia utilizável derivada da produção primária desempenha um papel importante na variação espacial da diversidade de espécies em comunidades ecológicas, facilitando a diminuição do risco de extinção de espécies por estocasticidade demográfica e ambiental em ambientes altamente produtivos5. Embora prevaleça uma relação produtividade-biodiversidade positiva em ecossistemas terrestres e aquáticos6, permanece um debate significativo sobre a força da ligação entre essas duas características e se ela é previsível, considerando as variações observadas na forma de relação produtividade-biodiversidade em algumas comunidades (p. , positivo, negativo, unimodal e neutro)7,8,9,10. Como a quantidade de energia utilizável por um grupo de organismos em uma comunidade é difícil de medir diretamente, parte dessa variação tem sido associada aos substitutos usados ​​como indicativos aproximados de produtividade e aos efeitos de confusão de estressores ambientais, tipicamente mais acentuados em ambientes altamente produtivos. ambientes6,7.

Os corais escleractinianos são metazoários com capacidade de calcificação, responsáveis ​​pela construção do mais diverso e produtivo ecossistema marinho do qual os humanos obtêm benefícios socioeconômicos essenciais. O sucesso ecológico e evolutivo desses animais em ambientes oligotróficos desde o Triássico Superior é atribuído à endossimbiose nutricional com algas unicelulares fotossintéticas (zooxanthellae)11, o que lhes confere a capacidade de utilizar a luz solar como principal fonte de energia aumentando suas taxas de calcificação12 . Devido à atenuação exponencial da luz solar com a profundidade13, a distribuição vertical de corais simbióticos ocorre ao longo de gradientes íngremes regidos pela luz em pequenas escalas espaciais, enquanto outros recursos limitantes e fatores físicos (por exemplo, nitrogênio, oxigênio, temperatura) variam menos ou permanecem quase constantes14 ,15. Como organismos sésseis e bentônicos predominantes nas águas costeiras, os corais também estão expostos a mudanças significativas na intensidade da luz em resposta às propriedades ópticas da coluna d'água (ou seja, coeficiente de atenuação vertical para irradiância descendente, Kd). Esta variação é determinada pelos padrões de precipitação e fluxos marítimos de nutrientes e sedimentos terrestres13,16, tendo importantes implicações na produção primária e no balanço energético das comunidades de corais3,4. No entanto, associações entre gradientes de produtividade e biodiversidade em comunidades de corais ainda não foram demonstradas, e os padrões de biodiversidade de corais são atribuídos principalmente a fatores biogeográficos, área de habitat e frequência de perturbação10,17,18,19,20,21,22.