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Oct 31, 2023

Risposte funzionali e strutturali delle comunità di plancton verso ondate di caldo sperimentali consecutive nelle acque costiere del Mediterraneo

Scientific Reports volume 13,

Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 8050 (2023) Citare questo articolo

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Si prevede che la frequenza delle ondate di caldo marino (HW) aumenterà nel Mar Mediterraneo nei prossimi decenni. Un esperimento di mesocosmo in situ è ​​stato eseguito in una laguna mediterranea per 33 giorni. Tre mesocosmi sono stati utilizzati come controlli seguendo la temperatura naturale della laguna. In altri tre, dal giorno sperimentale (d) 1 al d5 (HW1) e dal d11 al d15 (HW2), sono state applicate due HW di + 5 °C rispetto ai controlli. I dati ad alta frequenza di ossigeno, clorofilla-a (chl-a), temperatura, salinità e luce provenienti da sensori immersi in tutti i mesocosmi sono stati utilizzati per calcolare la produzione primaria lorda (GPP), la respirazione (R) e la crescita e la perdita di fitoplancton (μ) (L) tariffe. Sono stati analizzati anche i nutrienti e la struttura della comunità fitoplanctonica dei pigmenti. HW1 ha aumentato significativamente GPP, R, chl-a, µ e L dal 7 al 38%. HW2 ha spostato il sistema verso l'eterotrofia solo migliorando R. Pertanto, gli effetti del primo HW hanno comportato l'attenuazione di quelli di un secondo HW sui processi del fitoplancton, ma non sulla respirazione della comunità, che era fortemente regolata dalla temperatura. Inoltre, la successione naturale del fitoplancton dalle diatomee agli aptofiti è stata alterata da entrambi gli HW poiché i cianobatteri e le clorofite erano favoriti a scapito degli aptofiti. Questi risultati indicano che gli HW hanno effetti pronunciati sulle comunità planctoniche del Mediterraneo.

Le ondate di calore marine (HW) sono eventi di riscaldamento estremi di breve durata che durano da diversi giorni a mesi1. Si prevede che nei prossimi decenni aumenteranno in frequenza e intensità nella maggior parte degli oceani di tutto il mondo a causa del cambiamento climatico globale2,3. Si prevede che avranno profonde conseguenze economiche ed ecologiche4, in particolare nelle acque costiere del Mediterraneo, che sono tra le aree più sensibili alla loro intensificazione5,6,7,8. Pertanto, studiare gli effetti degli HW sulle funzioni fondamentali del plancton all'interno degli ecosistemi è essenziale perché le comunità di plancton svolgono un ruolo cruciale negli ecosistemi acquatici9.

Il fitoplancton produce ossigeno attraverso la sua fotosintesi, questa produzione di ossigeno può essere definita produzione primaria lorda (GPP), mentre tutto il plancton consuma ossigeno tramite la respirazione aerobica (R). Pertanto, l’equilibrio tra GPP e R fornisce un indice metabolico per i sistemi acquatici, che rappresenta la loro capacità di agire sia come consumatori netti (GPP < R) che come produttori netti di ossigeno (GPP > R10,11). Questo equilibrio è parzialmente correlato ai tassi di crescita (μ) e di perdita (L) del fitoplancton, che a loro volta forniscono un indice trofico del sistema correlato all'idoneità del fitoplancton e dei suoi fattori di perdita, come la predazione e la lisi virale12,13,14 . Anche se tutto il fitoplancton prende parte alla produzione primaria, i gruppi funzionali del fitoplancton possono differire nei loro ruoli all’interno delle reti alimentari e dei cicli biogeochimici. Ciò significa che la struttura della comunità del fitoplancton è strettamente correlata sia al bilancio tra GPP e R sia al bilancio tra µ e L15. Pertanto, valutare la risposta di questi indici e della struttura della comunità di fitoplancton è fondamentale per approfondire la nostra comprensione delle conseguenze degli HW sul funzionamento dell’ecosistema costiero del Mediterraneo.

Gli effetti degli HW naturali sulle comunità e sui processi del plancton sono stati studiati in diversi sistemi. Le osservazioni hanno riportato importanti effetti degli HW sulle comunità di fito e zooplancton in varie regioni16,17,18,19,20 e hanno suggerito che gli HW tendono ad aumentare la biomassa del fitoplancton alle alte latitudini in oceano aperto con diminuzioni alle medie e tropicali latitudini21,22 ,23. Di conseguenza, un modello fisico-biogeochimico e un quadro di HW marino hanno previsto effetti positivi degli HW sulla biomassa fitoplanctonica e sulla crescita in condizioni di rifornimento di nutrienti e il contrario in condizioni di carenza di nutrienti24,25. Queste previsioni sono state confermate nel Mar Mediterraneo impoverito di P, dove la produzione di fitoplancton è stata influenzata negativamente da un aumento dell’intensità, della frequenza e della durata degli HW a partire dal 198526. Tuttavia, le risposte possono essere sostanzialmente più complesse nelle aree costiere e dipendono in particolare sui processi costieri locali, come gli apporti di nutrienti alloctoni dalla terra e gli scambi con il compartimento bentonico27. Infatti, gli effetti indiretti e/o a cascata del riscaldamento nei sistemi costieri sono stati spesso evidenziati durante gli studi sperimentali, a seconda delle condizioni ambientali e della struttura della comunità di plancton all’inizio dello studio. Nelle acque costiere del Mediterraneo, è stato dimostrato che il riscaldamento promuove o deprime la crescita del fitoplancton e della biomassa a seconda dello stato dei nutrienti; cambiare la struttura e le interazioni tra le comunità di fitoplancton, zooplancton, batterioplancton e virioplancton; e spostare lo stato metabolico verso l'autotrofia o l'eterotrofia28,29,30,31,32,33. Oltre agli effetti del riscaldamento che si verificano direttamente durante le HW, sono stati segnalati cambiamenti nelle funzioni chiave del plancton e nella struttura della comunità che si verificano dopo la fine delle HW32,34,35. Ciò significa che le risposte degli ecosistemi acquatici agli HW sono più complesse di una semplice risposta al riscaldamento. Sebbene la maggior parte degli studi si sia concentrata su un HW sperimentale32,36,37, le conseguenze di HW consecutivi sono in gran parte sconosciute e quindi quasi imprevedibili, e potrebbe essere difficile dedurre le risposte a HW consecutivi da studi che indagano solo un HW. Infatti, l'esposizione a un primo HW può influenzare le risposte a un secondo HW perché può modificare profondamente i processi funzionali, la composizione della comunità e le interazioni tra organismi, che a loro volta possono determinare le risposte al secondo HW.