Impacto da urbanização sobre a performance fotossintética de macroalgas marinhas

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biologia Vegetal, Florianópolis, 2010Impactos da urbanização sobre comunidades de macroalgas marinhas têm sido relatados no mundo todo, aumentando a preocupação sobre a perda de biodiversidade. O aumento da freqüência e abundância de espécies oportunistas ou efêmeras ocorre em detrimento de importantes espécies perenes formadoras de dossel. O entendimento de mecanismos de causa-efeito que levam a essas mudanças é um desafio recente, e a persistência ou exclusão de espécies diante de impactos urbanos deve estar relacionada à existência ou ausência, respectivamente, de mecanismos de tolerância a condições ambientais adversas. Usando duas espécies de macroalgas, Ulva lactuca e Sargassum stenophylum, foi testado se a urbanização pode causar danos fisiológicos significativos ao aparato fotossintético de uma importante espécie perene que geralmente não é encontrada em ambientes urbanos, em contraste com uma espécie efêmera geralmente freqüente. Foi usada fluorometria modulada (PAM) da clorofila como instrumento para diagnosticar o estresse fisiológico causado pela urbanização. Uma série de experimentos foi preparada para testar os efeitos de variação de salinidade, maior em áreas urbanas, exposições de curto período (24-96 hs) a águas de ambiente urbano em laboratório e um transplante no campo de longo período (quatro semanas). Os resultados indicam que as variações de salinidade normalmente observadas em campo não são uma fonte de estresse significativa para ambas as espécies. Exposições de curto período aumentaram a eficiência fotossintética, particularmente para Sargassum stenophylum enquanto as respostas de longo período foram significativamente negativas para Sargassum stenophylum, diminuindo a eficiência fotossintética em direção a área urbana, mas foram indiferentes para Ulva lactuca. Aqui são fornecidas evidências de que os impactos de longo prazo são significantes para a eficiência fotossintética da importante espécie estruturadora Sargassum stenophylum, enquanto são positivos para a macroalga estresse-tolerante Ulva lactuca. A causa parece estar relacionada ao acúmulo crônico de uma combinação de poluentes que são descarregados freqüentemente, com intensidade variável, ao longo do tempo e não por exposições curtas e agudas. Essas espécies são provavelmente boas representantes de seus grupos ecológicos, contudo outros estudos que usem outras espécies estruturadoras devem ser realizados de forma a permitir previsões confiáveis de mudanças em comunidades macroalgais como um todo

Avaliação Sazonal dos Impactos da Urbanização Costeira sobre Comunidades de Macroalgas na Costa de Pernambuco, Brasil / Seasonal Evaluation of the Impacts of Coastal Urbanization on Seaweed Communities on the Coast of Pernambuco, Brazil

O avanço da urbanização nas regiões costeiras tem ocasionado efeitos diretos na composição e estrutura das comunidades macroalgais e consequentemente, a desestabilização de ecossistemas marinhos. Este avanço vem ocorrendo em áreas do litoral de Pernambuco e por isto este estudo analisou os impactos da urbanização sobre comunidades macroalgais em áreas do referido Estado, no período de fevereiro e maio de 2016. Foram analisados no Coral Point Count with Excel extensions um total de 27.000 pontos, obtendo-se o percentual de cobertura das macroalgas. A caracterização físico-química da água foi realizada para verificação de temperatura e níveis de nutrientes de cada área.  Foram identificados 59 táxons infragenéricos, distribuídos entre Rhodophyta (38), Chlorophyta (12) e Heterokontophyta (Phaeophyceae) (9). Os níveis mais elevados de nutrientes foram verificados em área urbanizada. Os resultados dos índices ecológicos demonstraram que a urbanização não alterou o padrão de dominância das espécies e sim a riqueza

Influence of piers on functional groups of benthic primary producers and consumers in the channel of a subtropical coastal lagoon

Hábitats artificiais têm se tornado comum em áreas costeiras no mundo todo, podendo influenciar a estrutura e funcionamento de ecossistemas bênticos. Nós analisamos a influência de trapiches nos grupos morfofuncionais bênticos de algas associadas a substrato consolidado e de macrofauna em substrato inconsolidado, no canal da Lagoa da Conceição (sul do Brasil). O principal impacto da presença de trapiches é a redução da irradiação disponível para atividade fotossintética, o que está diretamente relacionado com o decréscimo na biomassa microfitobentônica no sedimento e de macroalga de formas de vida mais complexas. Contrário ao esperado os morfotipos com alto potencial de produtividade de biomassa, como macroalgas calcárias articuladas, corticadas e coriáceas, em geral foram menos abundantes, sendo que macroalgas foliáceas e filamentosas de menor biomassa foram encontradas exclusivamente em áreas controle. Os efeitos do trapiche nos grupos funcionais de epifauna e infauna foram específicos ao ponto de coleta e provavelmente relacionados com redução generalizada de produtores primários e com o novo hábitat criado. A infauna discretamente móvel foi o único grupo funcional capaz de prosperar embaixo dos trapiches, devido à sua mobilidade reduzida e frágil estrutura morfológica, beneficiando-se do abrigo oferecido pelos hábitats artificiais. Nossos resultados mostraram que os trapiches podem ter um efeito negativo sobre os organismos da base da cadeia trófica, responsáveis pelo controle bottom-up.Artificial habitats have become common in coastal areas worldwide and may influence the structure and functioning of benthic ecosystems. We analyze the influence of piers on the benthic morphofunctional groups of rocky seaweeds and of soft bottom macrofauna in the channel of Conceição Lagoon (southern Brazil). The main impact is a reduction in the luminosity available for photosynthetic activity which is directly related to a decrease in the biomasses of sediment microphytobenthos and of more highly structured macroalgae life-forms. Contrary to expectations, the morphotypes of potentially high biomass productivity, such as articulated coralline, corticated and leathery macroalgae, were in general less abundant and the low biomass foliose and filamentous macroalgae occurred in reference areas but not under the piers. The piers' effects on motile epifauna and infauna functional groups were site-specific and probably related to the general reduction in primary producer organisms in the new habitats. The discretely motile infauna was the only functional group able to thrive under the piers due to their reduced motility and fragile morphological structures, being benefited by the shelter provided by the artificial habitats. Our results showed that the piers might have a negative effect on the base-trophic level organisms responsible for bottom-up controls

COMPOSIÇÃO E ESTRUTURA DO FITOBENTOS DO INFRALITORAL DA RESERVA BIOLÓGICA MARINHA DO ARVOREDO, SANTA CATARINA, BRASIL--IMPLICAÇÕES PARA A CONSERVAÇÃO

Benthic organisms of the subtidal region are usually studied from dredged samples, what is an inefficient approach for community structure studies. Only a few community studies in Brazil made use of scuba diving. The present study describes the phytobenthic community structure of the Arvoredo Marine Biological Reserve on the south part of Brazil. Sampling was done through scuba diving close to three islands that are part of the Reserve. The sampling sites were selected based on their degree of shelter or exposition to wave action and currents. A hundred and twenty seven species of organisms were identified. Some of species found were unprecedented to the south part of Brazil, and a potentially new species of the genus Callophyllis was found. Sargassum vulgare was the dominant species for all the sampled sites, composing 41.5% of the total biomass. There was a rhodolith bed present in a sheltered area. Shannon diversity index was 0 and 1.73 to Arvoredo and Gales islands, respectively, and the richness index was 6.6 sp.sample-1 for the Rhodolith bed nutriand 20.8 sp.sample-1 for Deserta Island. We think the studied region is a transition area of seaweed flora, for presenting organisms that are typical of both tropical and temperate regions. We suggest the main factors structuring the phytobenthic communities near the islands to be substrate heterogeneity, hydrodynamics, organic effluents and grazing pressure. Minding that this is the only protected area of the category in the south part of Brazil, we stress the importance of protecting other areas of the Brazilian coast, to ensure the protection of seaweed diversity and associated organisms to future generations.Organismos bênticos do infralitoral têm sido historicamente estudados por meio de material proveniente de dragagens, um método considerado ineficiente para o estudo da estrutura de comunidades. Poucos estudos de comunidades foram realizados com o uso de mergulho autônomo no Brasil. Este estudo descreve a estrutura da comunidade fitobêntica da Reserva Marinha do Arvoredo no sul do Brasil, e foi realizado com o uso de mergulho autônomo nas proximidades das três ilhas que estão na área da reserva. As áreas de amostragem foram escolhidas com base no seu nível de proteção ou exposição às ondas e às correntes. O infralitoral da Reserva Marinha do Arvoredo quando comparado aos de outras áreas estudadas na costa brasileira é altamente diverso. Foram identificadas 127 espécies, entre as quais, algumas nunca citadas anteriormente para o sul do Brasil e uma provável nova espécie para a ciência (genêro Callophyllis), que está sendo descrita. Sargassum vulgare foi a espécie dominante em todas as comunidades com 41,5% da biomassa média de todas as ilhas. A diversidade de Shannon variou de 0 a 1,73 na Ilha do Avoredo e Gales, respectivamente, e a riqueza de 6,6 sp.amostra-1 no banco de nódulos calcários a 20,8 sp.amostra-1 na Ilha Deserta. Um banco de nódulo calcário ocorre na área de proteção, aumentando a peculiaridade desta área. Algumas implicações para o manejo do banco, assim como para o manejo da reserva também são discutidas. Conclui-se que a área em estudo representa uma área de transição no que diz respeito à flora macroalgal, possuindo representantes típicos de áreas tropicais e temperadas. A heterogeneidade do substrato, o hidrodinamismo, efluentes orgânicos e pressões de herbivoria, distribuídos de forma diferenciada, são sugeridos como principais fatores responsáveis pela estruturação diferenciada do ficobentos nas ilhas. Considerando que esta é a única área protegida desta categoria no sul do Brasil, destaca-se a importância de outras áreas ao longo da costa brasileira também serem contempladas na categoria de áreas protegidas de uso restrito, de forma a garantir a proteção das algas e da comunidade associada para as gerações futuras

Effects of salinity on the physiology of Salvinia auriculata Aubl. (Salviniales, Pteridophyta)

Salvinia auriculata Aubl. is reported to occur in different zones of the Capibaribe River, Pernambuco State, Brazil. This river varies in salinity in different areas. This study evaluated the growth, photosynthesis and pigment contents of S. auriculata at different salinity levels. Plant sections were collected in the Cursaí Reservoir, located in the municipality of Paudalho, Pernambuco, and were brought to a greenhouse, where they were put in glass flasks filled with 250 mL of liquid, placed on benches. The plants were exposed for 40 h to salinity levels of 0, 17 and 34, obtained with reservoir freshwater, 1:1 freshwater:seawater and pure seawater, respectively. At the end of the experimental period, the plants in salt water showed color changes, with brownish leaves. In addition, plant growth rates decreased. Salinity and time had a negative influence on photosynthetic responses such as Fv/Fm, ETRmax and ETR, which showed reductions under the highest salinity treatment. Response patterns may help to explain S. auriculata occurrence, and its distribution can be regulated by salinity

Anthropogenic impacts on marine macroalgae communities

As atividades humanas têm causado alterações ambientais com consequências sobre comunidades biológicas marinhas. Essas alterações vêm ocorrendo em escala local, como é o caso da urbanização e poluição costeira, e global, por meio das mudanças climáticas e acidificação dos oceanos causado por maiores concentrações de CO2 na atmosfera. A urbanização costeira está se expandindo rapidamente no mundo todo. Este fenômeno tem levado à contaminação do ambiente marinho por diversos poluentes, entre eles os metais pesados. Os efeitos da referida urbanização sobre as comunidades de macroalgas ainda necessitam de estudos que considerem os limites de distribuição latitudinal destes organismos. Semelhantemente, estudos sobre os potenciais efeitos das mudanças climáticas, como o aumento da temperatura e acidificação oceânica, sobre comunidades macroalgais, são recentes e ainda relativamente escassos. Nesse contexto, esse estudo teve como objetivos: 1) Avaliar os impactos da urbanização sobre comunidades de macroalgas marinhas nas diferentes províncias ficogeográficas do litoral brasileiro; 2) Compreender os mecanismos fisiológicos da contaminação do ambiente marinho por metais pesados sobre a alga pantropical Halimeda cuneata Hering em temperaturas que ocorrem em seus limites de distribuição no sudoeste do Atlântico; 3) Avaliar os efeitos do aumento de temperatura e da acidificação oceânica por adição de CO2 sobre a fotossíntese de macroalgas marinhas. Para o primeiro, uma fração significativa do litoral brasileiro foi estudada, incluindo áreas amostrais nas três províncias ficogeográficas brasileiras (Temperada quente, Zona de transição e Tropical) onde a estrutura e composição das comunidades foram determinadas em áreas urbanizadas e áreas referências. Para o segundo, um experimento com enriquecimento por metais foi realizado em laboratório, avaliando o efeito de metais em temperaturas que ocorrem dentro dos limites de distribuição de H. cuneata na costa brasileira e o seu potencial de recuperação nas diferentes temperaturas. Com relação ao terceiro, experimentos foram realizados em mesoscosmos recifal em região tropical no litoral brasileiro, utilizando espécies de macroalgas calcificadas, avaliando o efeito de aumentos de temperatura e da acidificação da água por adição de CO2 sobre a performance fotossintética das macroalgas. Os resultados são apresentados aqui em três capítulos. O primeiro mostra que a urbanização leva a diminuições substanciais no número de espécies e causa alterações profundas em comunidades macroalgais marinhas. O segundo evidencia os efeitos deletérios de metais pesados sobre as funções fisiológicas de H. cuneata, com destaque para a ausência de recuperação fotossintética em temperaturas que ocorrem no seu limite de distribuição no Atlântico sul. O terceiro indica uma alta adaptabilidade fotossintética das macroalgas estudadas diante de elevações de temperatura e acidificação, o que pode estar relacionado às possibilidades de utilização de diferentes espécies de carbono inorgânico por estas algas.Human activities have been causing environmental alterations with consequences to marine biological communities. These changes have been occurring at local scale, such as urbanization and coastal pollution, and globally, throught climate change and ocean acidification caused by higher CO2 concentrations in the atmosphere. Coastal urbanization is rapidly expanding worlwide. This phenomenon has been leading to the contamination of the marine environment by a variety of pollutants, such as heavy metals. However, the effects of coastal urbanization on marine macroalgae communities still need further studies that consider their latitudinal limits of distribution. Likewise, studies on the effects of climate change, such as temperature increases and ocean acidification, on macroalgal communities are recent and still relatively limited. Thus, the aims of the present study were: 1) Evaluate the impacts of urbanization on marine macroalgae communities within different phycogeographycal regions along the Brazilian coast; 2) Assess the physiological effects of heavy metal contamination at concentrations observed in polluted regions within the temperature ranges of distribution of the seaweed Halimeda cuneata Hering in the SW Atlantic; 3) Evaluate the effects of increased temperatures and CO2 driven ocean acidification on the photosynthesis of marine macroalgae. For the first, a significant fraction of the Brazilian coast was studied, including sampling areas on the three phycogeographycal regions (warm temperate, tranzition zone, and tropical) where the structure and composition of the communities were determined in urban and reference areas. For the second, an experiment of metal enrichment was performed in laboratory, assessing the effects of metals at temperatures that occur within the limits of distribution of H. cuneata on the Brazilian coast and its recovery potential at the different temperatures. The third consisted of performing experiments in a reef mesocosms in a tropical region on the Brazilian coast, using calcified macroalgae species, evaluating the effects of temperature increases and CO2 driven acidification on the macroalgae photosynthetic performance. The results are presented here in three chapters. The first shows that urbanization leads to substantial declines in species number and causes drastic changes on marine macroalgae communities. The second provides evidence of the negative effects of heavy metals on the physiology of H. cuneata, which showed no photosynthetic recover at temperatures that occur on its limit of distribution in the south Atlantic. The third indicates a high photosynthetic adaptability of the studied macroalgae in face of temperature increases and acidification, which can be related to the possibilities of utilization of different inorganic carbon species by these algae.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPE

Cultivation of native seaweed Gracilaria domingensis (Rhodophyta) in Southern Brazil

The aim of this work was to study the cultivation of Gracilaria domingensis in a mussel farming urbanized area in Santa Catarina, Brazil. Relative growth rate was the parameter used to evaluate the cuttings attachment methods on the cultivation rope, cuttings density, cultivation period and cystocarpic versus unfertile thalli performance. The cultivation was feasible only when protected by net cages due to herbivory. The tie-tie attachment method presented the best results. No differences were observed when comparing the cuttings densities and reproductive phase. Future studies should evaluate the cost-effectiveness of producing the species in net cages and its potential as biofilter

Effects of Ocean Acidification and Temperature Increases on the Photosynthesis of Tropical Reef Calcified Macroalgae

<div><p>Climate change is a global phenomenon that is considered an important threat to marine ecosystems. Ocean acidification and increased seawater temperatures are among the consequences of this phenomenon. The comprehension of the effects of these alterations on marine organisms, in particular on calcified macroalgae, is still modest despite its great importance. There are evidences that macroalgae inhabiting highly variable environments are relatively resilient to such changes. Thus, the aim of this study was to evaluate experimentally the effects of CO₂-driven ocean acidification and temperature rises on the photosynthesis of calcified macroalgae inhabiting the intertidal region, a highly variable environment. The experiments were performed in a reef mesocosm in a tropical region on the Brazilian coast, using three species of frondose calcifying macroalgae (<i>Halimeda cuneata</i>, <i>Padina gymnospora</i>, and <i>Tricleocarpa cylindrica</i>) and crustose coralline algae. The acidification experiment consisted of three treatments with pH levels below those occurring in the region (-0.3, -0.6, -0.9). For the temperature experiment, three temperature levels above those occurring naturally in the region (+1, +2, +4°C) were determined. The results of the acidification experiment indicate an increase on the optimum quantum yield by <i>T</i>. <i>cylindrica</i> and a decline of this parameter by coralline algae, although both only occurred at the extreme acidification treatment (-0.9). The energy dissipation mechanisms of these algae were also altered at this extreme condition. Significant effects of the temperature experiment were limited to an enhancement of the photosynthetic performance by <i>H</i>. <i>cuneata</i> although only at a modest temperature increase (+1°C). In general, the results indicate a possible photosynthetic adaptation and/or acclimation of the studied macroalgae to the expected future ocean acidification and temperature rises, as separate factors. Such relative resilience may be a result of the highly variable environment they inhabit.</p></div