Submerged macrophytes as key players in aquatic ecosystems under global change: a multiscale experimental approach

El actual cambio global está causando alteraciones en los ecosistemas de todo el mundo a través de cambios interactivos en los principales factores ambientales (e.g. la temperatura, la concentración de nutrientes y la radiación ultravioleta). Los ecosistemas acuáticos continentales son altamente vulnerables ante estos cambios y, específicamente, en la región mediterránea, la situación es peor ya que la mayoría de estos sistemas son someros y están expuestos a las perturbaciones ambientales y antrópicas. Las praderas de macrófitos sumergidos y, particularmente, los carófitos, son un elemento conspicuo de estos sistemas con un papel fundamental en su funcionamiento. Estos organismos proveen de hábitat tanto a organismos planctónicos como bentónicos y mantienen la calidad del agua limitando el crecimiento del fitoplancton, reduciendo la cantidad de nutrientes e impidiendo la resuspensión del sedimento. Sin embargo, las praderas de estos organismos están disminuyendo críticamente debido al cambio global y esta tesis aborda la actuación de los macrófitos sumergidos y los impactos previstos en los ecosistemas que ellos habitan, en un contexto de un mundo en cambio. Los principales objetivos son: i) investigar las respuestas específicas e infraespecíficas de los carófitos ante los efectos interactivos de factores ambientales relacionados con el cambio global, ii) dilucidar la propagación de estos efectos a través de la comunidad biológica asociada a las praderas de carófitos, y iii) discernir el papel de los carófitos en el funcionamiento de los ecosistemas acuáticos someros mediterráneos ante los cambios previstos y centrando la atención en la comunidad microbiana del sedimento. Estos objetivos fueron abordados a través de experimentos a escala de microcosmos con una aproximación de jardín común ensayando con poblaciones de costa y de alta montaña de dos especies de carófito, experimentos de mesocosmos en el laboratorio simulando sistemas someros dominados por macrófitos y experimentos de mesocosmos en el campo con praderas de macrófitos en un ecosistema costero. Nosotros encontramos patrones de respuesta tanto específicos como poblacionales en la respuesta de los carófitos a cambios ambientales simultáneos, a nivel de crecimiento, morfología y metabolismo. Las poblaciones de costa se erigieron como aquellas con la mayor plasticidad fenotípica para hacer frente a los cambios ambientales esperados. En una escala de comunidad, a través de una aproximación de red, emergió un tándem carófitos-herbívoros zooplanctónicos como crucial para la estructura de la comunidad acuática. Además, se consiguieron configuraciones contrastantes (dominancia del fitoplancton o dominancia de los macrófitos) al someter las comunidades a escenarios con incremento de la radiación ultravioleta o de la temperatura, respectivamente. Transfiriendo esta aproximación a sistemas naturales, se observó la emergencia de diferentes patrones de acoplamiento pelágico-bentónico entre charcas y lagos. Finalmente, evaluamos como las praderas de carófitos influyen en la comunidad microbiana del sedimento favoreciendo la desnitrificación, por tanto, impactando sobre el funcionamiento de los sistemas acuáticos. Esta tesis ha contribuido a representar el complejo puzzle que conforman los sistemas acuáticos someros, situando a las praderas de carófitos como una pieza central para su estructura y funcionamiento en un contexto de cambio global.Current global change is imposing alterations in the ecosystems worldwide through interactive changes in main environmental factors (e.g. temperature, nutrient concentration and ultraviolet radiation). Freshwater ecosystems are highly vulnerable to these changes and, specifically in the Mediterranean region, the situation is worse since the majority of them are shallow, exposed to environmental and anthropic disturbances. The meadows of submerged macrophytes, and particularly, charophytes, are a conspicuous element of these systems with a crucial role for their functioning. They provide habitat for both planktonic and benthic organisms and maintain water quality by limiting phytoplankton growth, reducing nutrient loading and preventing sediment resuspension. However, these meadows are declining critically due to current global change and this thesis addresses the performance of submerged macrophytes and the foreseeable impacts in the ecosystems they inhabit in the context of a changing world. The main aims were i) to investigate the specific and infraspecific responses of charophytes facing the interactive effects of global change-related factors, ii) to elucidate the propagation of these effects through the meadow-associated biological community, emphasizing the relevance of non-trophic relationships, and iii) to disentagle the role of charophytes in the functioning of Mediterranean shallow lakes facing the foreseeable changes and focusing on the sediment microbial community. These goals were addressed through microcosm experiments with a common garden approach with coastal and high-mountain populations of two charophyte species, laboratory mesocosms simulating macrophyte-dominated shallow systems and field in-lagoon mesocosms with macrophytes meadows in a coastal ecosystem. We found both species- and population-specific patterns in the response of charophytes to concomitant environmental changes regarding growth, morphologic and metabolic variables. The coastal populations came up as those with the greatest phenotypic plasticity to overcome the expected environmental changes. On a community scale, through a network approach, a charophytes-zooplanktonic herbivores tandem emerged as crucially important for the structure of the aquatic community. Furthermore, contrasting configurations (phytoplankton and macrophyte-dominated) were achieved by subjecting the communities to ultraviolet radiation and warming scenarios, respectively. Transferring this approach to natural ecosystems allowed the emergence of different patterns of benthic-pelagic coupling between ponds and lakes. Finally, we assessed how charophytes meadows influence the sediment microbial community by favouring denitrification, thus, impacting on the functioning of aquatic ecosystems. This thesis has contributed to depict the complex puzzle of shallow freshwater ecosystems placing charophytes meadows as a central piece in their structure and functioning within the current global change context

The IDENTIFY study: the investigation and detection of urological neoplasia in patients referred with suspected urinary tract cancer - a multicentre observational study

Objective To evaluate the contemporary prevalence of urinary tract cancer (bladder cancer, upper tract urothelial cancer [UTUC] and renal cancer) in patients referred to secondary care with haematuria, adjusted for established patient risk markers and geographical variation. Patients and Methods This was an international multicentre prospective observational study. We included patients aged ≥16 years, referred to secondary care with suspected urinary tract cancer. Patients with a known or previous urological malignancy were excluded. We estimated the prevalence of bladder cancer, UTUC, renal cancer and prostate cancer; stratified by age, type of haematuria, sex, and smoking. We used a multivariable mixed-effects logistic regression to adjust cancer prevalence for age, type of haematuria, sex, smoking, hospitals, and countries. Results Of the 11 059 patients assessed for eligibility, 10 896 were included from 110 hospitals across 26 countries. The overall adjusted cancer prevalence (n = 2257) was 28.2% (95% confidence interval [CI] 22.3–34.1), bladder cancer (n = 1951) 24.7% (95% CI 19.1–30.2), UTUC (n = 128) 1.14% (95% CI 0.77–1.52), renal cancer (n = 107) 1.05% (95% CI 0.80–1.29), and prostate cancer (n = 124) 1.75% (95% CI 1.32–2.18). The odds ratios for patient risk markers in the model for all cancers were: age 1.04 (95% CI 1.03–1.05; P < 0.001), visible haematuria 3.47 (95% CI 2.90–4.15; P < 0.001), male sex 1.30 (95% CI 1.14–1.50; P < 0.001), and smoking 2.70 (95% CI 2.30–3.18; P < 0.001). Conclusions A better understanding of cancer prevalence across an international population is required to inform clinical guidelines. We are the first to report urinary tract cancer prevalence across an international population in patients referred to secondary care, adjusted for patient risk markers and geographical variation. Bladder cancer was the most prevalent disease. Visible haematuria was the strongest predictor for urinary tract cancer

Database of an ecological multi-interaction network of a macrophyte-dominated lake

Esta base de datos presenta la matriz comunitaria de una red ecológica multi-interacción (con relaciones tróficas y no-tróficas) entre los elementos planctónicos y bentónicos de un sistema de agua dulce dominado por praderas de macrófitos. Los datos provienen de una recreación a escala de mesocosmos de este tipo de sistemas. Además se proveen datos de métricas globales de la red así como métricas de nodos. También se dan resultados de los análisis de como se altera la estructura y la vulnerabilidad de la red al eliminar cada uno de los nodos.This database presents the community matrix of an ecological multi-interaction network (considering both trophic and non-trophic relationships) among planktonic and benthic organisms of a macrophyte-dominated freshwater system. This dataset comes from an experimental recreation, at a mesocosm scale, of this type of system. Furthermore, values of global- and node-metrics are provided as well as the results of the alteration of these metrics after the removal of each node of the network

On the tolerance of charophytes to high-nitrate concentrations

<p>Currently a debate exists about whether the reduced growth of macrophytes with increased nitrogen loading in shallow ecosystems is determined by ecological or physiological factors. To discover whether nitrate in the water is detrimental <i>per se</i> to charophytes, we subjected <i>Chara hispida</i> and <i>Chara vulgaris</i> specimens<i>,</i> collected from two habitats greatly differing in nitrate concentrations (1.5 and 10 mg NO₃-N/L, annual means), to a wide nitrate range (0.5–50 mg NO₃-N/L) in two experiments (with free-floating specimens using nitrate as the sole N source, and with planted specimens, with other N sources in sediment). Charophytes grew both unplanted and planted in all treatments, and growth reductions occurred at the highest concentration in all cases. Some charophyte responses when faced with nitrate increases were different depending on (i) the species and (ii) population origin. Under the most realistic situation, the growth of both planted <i>C. vulgaris</i> populations was higher than that of <i>C. hispida</i> populations. <i>C. vulgaris</i> specimens from the nitrate-rich waterbody adapted best to the highest nitrate concentrations when they grew floating. Despite charophytes being vital and growing under high-nitrate concentrations in short-term laboratory experiments, such a situation in the environment may eventually not be sustainable, since ecological factors act in the field.</p

Abiotic processes control carbon dioxide dynamics in temperate karst lakes

Peer reviewe

Dataset: Growth, morphology and metabolic variables of charophytes (freshwater macroalgae) under different treatments of radiation, temperature and nitrate concentration

Esta base de datos contiene resultados de dos experimentos (RADxTEMP y RADxNIT) a escala de microcosmos referentes a variables de crecimiento, morfológicas, metabólicas y de composición estequiométrica de 2 especies de macroalgas de agua dulce, concretamente carófitos (Chara hispida y Chara vulgaris) procedentes de dos sistemas (el lago de Somolinos en Guadalajara y el Ullal de Quartons en Castellón), por tanto, 4 poblaciones (2 especies x 2 orígenes). En estos dos experimentos de diseño factorial, los individuos de las 4 poblaciones fueron sometidos a dos niveles de radiación, dos niveles de temperatura (RADxTEMP) y dos niveles de concentración de nitrato (RADxNIT). En esta matriz de datos, las filas son los individuos (réplicas) y las columnas son las diferentes variables medidas. La primera hoja de cálculo contiene todos los metadatos. La segunda y tercera hojas contienen los datos en bruto de las variables consideradas en el experimento (RADxTEMP y RADxNIT, respectivamente).This data set contains results of two microcosm-scale experiments (RADxTEMP and RADxNIT) about variables related to growth, morphology, metabolism and stoichiometric composition of two species of freshwater macroalgae, in particular, charophytes (Chara hispida and C. vulgaris) from two systems (Somolinos Lake in Guadalajara and Quartons Spring in Castellón), thus, 4 populations (2 species x 2 origins). In these factorial-design experiments, individuals of the 4 populations were submitted to 2 levels of radiation, 2 levels of temperature (in RADxTEMP experiment) and 2 levels of nitrate concentration (in RADxNIT experiment). The first sheet contains all metadata. Second and third sheets contain raw data of the considered variables in the experiment (RADxTEMP and RADxNIT, respectively)

Carbon biomass planktonic-periphytic organisms of a mesocosm experiment

Este documento presenta los datos de biomasa en carbono (mgC m-2) de taxones planctónicos y perifíticos de un experimento a escala de mesocosmos. La comunidad planctónica-perifítica fue sometida a tres escenarios de cambio global, con la temperatura y la radiación ultravioleta como factores experimentales testados independientemente. Cada elemento de la comunidad fue identificado a la máxima resolución taxonómica posible. Las abreviaciones y explicaciones sobre los escenarios experimentales, las replicas de cada escenario y los detalles de los compartimentos considerados en cada mesocosmos se muestran en la primera página de este documento.This document presents the data about carbon biomass (mgC m-2) of planktonic and periphytic taxa identified in a mesocosm experiment. The planktonic-periphytic community was subjected to three global change-related scenarios, with temperature and ultraviolet radiation as independently tested factors. Each element of this community was identified at the highest possible taxonomic resolution. Abbreviations about the experimental scenarios, the replicates and the details of the considered compartments in each mesocosm are shown on the first page of the document

Database of nodes' topological indices from experimental aquatic communities

Esta base de datos contiene los valores de diversos índices topológicos calculados a partir de los nodos funcionales de las comunidades acuáticas plánctónicas-bentónicas de un experimento a escala de mesocosmos. Mediante un diseño experimental que constaba de tres escenarios ambientales con cuatro réplicas cada uno (con la temperatura y la radiación ultravioleta como factores experimentales), se agruparon los organismos presentes en cada réplica (mesocosmos) en nodos funcionales. Con estos nodos se construyeron redes ecológicas tróficas (solo considerando relaciones tróficas entre ellos) y redes multi-interacción (considerando relaciones tróficas y no-tróficas). A cada uno de los nodos en cada versión de la red ecológica se le calcularon diversos índices (topological importance index, toplogical overlap index, closeness centrality y betweenness centrality) que muestran su importancia topológica en la red. Las abreviaciones y explicaciones sobre los escenarios experimentales, las replicas de cada escenario y los detalles sobre los índices y los nodos de las redes están detallados en la primera hoja de esta base de datos.This database contains the values of several topological indices calculated from the functional nodes of the planktonic-benthic aquatic communities from a mesocosm-scale experiment. Using an experimental design consisting of three environmental scenarios with four replicates each (with temperature and ultraviolet radiation as experimental factors), the organisms present in each replicate (mesocosm) were grouped into functional nodes. With these nodes, ecological trophic networks (only considering trophic relationships between them) and multi-interaction networks (considering trophic and non-trophic relations) were constructed. Different indices (topological importance index, topological overlap index, closeness centrality, and betweenness centrality) were calculated for each of the nodes in each version of the ecological network, showing their topological importance in the network. The abbreviations and explanations about the experimental scenarios, the replicates of each scenario, and the details regarding the indices and the nodes of the networks are detailed in the first sheet of this database

Génétique de la dégénérescence maculaire liée à l’âge

La dégénérescence maculaire liée à l’âge (DMLA) est la première cause de malvoyance après 50 ans dans les pays développés. Il s’agit d’une maladie polygénique et multifactorielle : les facteurs génétiques prédisposants ou au contraire protecteurs y occupent une place privilégiée au côté des facteurs environnementaux initialement décrits. Plusieurs études pangénomiques ont mis en évidence deux régions distinctes associées à la DMLA localisées respectivement en 1q25-31 et 10q26. Des études d’association ont ensuite mis en évidence un variant du gène du facteur H (CFH) localisé en 1q25-31 puis des variants des gènes HTRA1-LOC387715 localisés en 10q26, indépendamment associés à la DMLA. À l’état homozygote, ces polymorphismes sont associés à un accroissement du risque de développer une DMLA exsudative. D’autres gènes codant pour des protéines impliquées dans la cascade du complément et un variant du gène SCARB1 impliqué dans le transport des lipides et de la lutéine ont également été associés à la maladie. Des corrélations entre ces génotypes et des phénotypes particuliers (en particulier l’aspect de la néovascularisation) de la maladie ont été établies. La découverte de ces nouveaux facteurs de susceptibilité ouvre donc la voie à de nombreuses perspectives dans le domaine de la DMLA, tant sur le plan clinique que sur le plan thérapeutique