Effects of ocean acidification and high temperatures on the bryozoanMyriapora truncataat natural CO2vents

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Responses of two scleractinian corals to cobalt pollution and ocean acidification

The effects of ocean acidification alone or in combination with warming on coral metabolism have been extensively investigated, whereas none of these studies consider that most coral reefs near shore are already impacted by other natural anthropogenic inputs such as metal pollution. It is likely that projected ocean acidification levels will aggravate coral reef health. We first investigated how ocean acidification interacts with one near shore locally abundant metal on the physiology of two major reef-building corals: Stylophora pistillata and Acropora muricata. Two pH levels (pH(T) 8.02; pCO(2) 366 mu atm and pH(T) 7.75; pCO(2) 1140 mu atm) and two cobalt concentrations (natural, 0.03 mu g L-1 and polluted, 0.2 mu g L-1) were tested during five weeks in aquaria. We found that, for both species, cobalt input decreased significantly their growth rates by 28% while it stimulated their photosystem II, with higher values of rETR(max) (relative Electron Transport Rate). Elevated pCO(2) levels acted differently on the coral rETR(max) values and did not affect their growth rates. No consistent interaction was found between pCO(2) levels and cobalt concentrations. We also measured in situ the effect of higher cobalt concentrations (1.06 +/- 0.16 mu g L-1) on A. muricata using benthic chamber experiments. At this elevated concentration, cobalt decreased simultaneously coral growth and photosynthetic rates, indicating that the toxic threshold for this pollutant has been reached for both host cells and zooxanthellae. Our results from both aquaria and in situ experiments, suggest that these coral species are not particularly sensitive to high pCO(2) conditions but they are to ecologically relevant cobalt concentrations. Our study reveals that some reefs may be yet subjected to deleterious pollution levels, and even if no interaction between pCO(2) levels and cobalt concentration has been found, it is likely that coral metabolism will be weakened if they are subjected to additional threats such as temperature increase, other heavy metals, and eutrophication

Acclimatization of massive reef-building corals to consecutive heatwaves

Reef-building corals typically live close to the upper limits of their thermal tolerance and even small increases in summer water temperatures can lead to bleaching and mortality. Projections of coral reef futures based on forecasts of ocean temperatures indicate that by the end of this century, corals will experience their current thermal thresholds annually, which would lead to the widespread devastation of coral reef ecosystems. Here, we use skeletal cores of long-lived Porites corals collected from 14 reefs across the northern Great Barrier Reef, the Coral Sea, and New Caledonia to evaluate changes in their sensitivity to heat stress since 1815. High-density 'stress bands'-indicative of past bleaching-first appear during a strong pre-industrial El Nino event in 1877 but become significantly more frequent in the late twentieth and early twenty-first centuries in accordance with rising temperatures from anthropogenic global warming. However, the proportion of cores with stress bands declines following successive bleaching events in the twenty-first century despite increasing exposure to heat stress. Our findings demonstrate an increase in the thermal tolerance of reef-building corals and offer a glimmer of hope that at least some coral species can acclimatize fast enough to keep pace with global warming

Sea anemones may thrive in a high CO2 world

Increased seawater pCO 2, and in turn 'ocean acidification' (OA), is predicted to profoundly impact marine ecosystem diversity and function this century. Much research has already focussed on calcifying reef-forming corals (Class: Anthozoa) that appear particularly susceptible to OA via reduced net calcification. However, here we show that OA-like conditions can simultaneously enhance the ecological success of non-calcifying anthozoans, which not only play key ecological and biogeochemical roles in present day benthic ecosystems but also represent a model organism should calcifying anthozoans exist as less calcified (soft-bodied) forms in future oceans. Increased growth (abundance and size) of the sea anemone (Anemonia viridis) population was observed along a natural CO 2 gradient at Vulcano, Italy. Both gross photosynthesis (P G) and respiration (R) increased with pCO 2 indicating that the increased growth was, at least in part, fuelled by bottom up (CO 2 stimulation) of metabolism. The increase of P G outweighed that of R and the genetic identity of the symbiotic microalgae (Symbiodinium spp.) remained unchanged (type A19) suggesting proximity to the vent site relieved CO 2 limitation of the anemones' symbiotic microalgal population. Our observations of enhanced productivity with pCO 2, which are consistent with previous reports for some calcifying corals, convey an increase in fitness that may enable non-calcifying anthozoans to thrive in future environments, i.e. higher seawater pCO 2. Understanding how CO 2-enhanced productivity of non- (and less-) calcifying anthozoans applies more widely to tropical ecosystems is a priority where such organisms can dominate benthic ecosystems, in particular following localized anthropogenic stress. © 2012 Blackwell Publishing Ltd

Society-based solutions to coral reef threats in french pacific territories

This article reviews the state of coral reefs in French Pacific territories in the context of global change (especially threats linked to climate change). We first outline the specific local characteristics, vulnerabilities, and threats faced by the coral reefs of New Caledonia, French Polynesia and Wallis and Futuna. We also emphasize local and other human communities' economic and cultural reliance on coral reefs. Secondly, we discuss the natural and anthropogenic threats facing coral reefs in French Pacific territories, and current ecological responses such as mitigation and adaptation strategies. We conclude by proposing socio-economic solutions for the Pacific region across varying scales, with a special focus on enforcement measures and socio-political issues

Li/Mg systematics in scleractinian corals: Calibration of the thermometer

We show that the Li/Mg systematics of a large suite of aragonitic coral skeletons, representing a wide range of species inhabiting disparate environments, provides a robust proxy for ambient seawater temperature. The corals encompass both zooxanthellate and azooxanthellate species (Acropora sp., Porites sp., Cladocora caespitosa, Lophelia pertusa, Madrepora oculata and Flabellum impensum) collected from shallow, intermediate, and deep-water habitats, as well as specimens cultured in tanks under temperature-controlled conditions. The Li/Mg ratios observed in corals from these diverse tropical, temperate, and deep-water environments are shown to be highly correlated with temperature, giving an exponential temperature relationship of: Li/Mg (mmol/mol) = 5.41 exp (−0.049 * T) (r² = 0.975, n = 49). Based on the standard error of the Li/Mg versus temperature correlation, we obtain a typical precision of ±0.9 °C for the wide range of species analysed, similar or better than that of other less robust coral temperature proxies such as Sr/Ca ratios.The robustness and species independent character of the Li/Mg temperature proxy is shown to be the result of the normalization of Li to Mg, effectively eliminating the precipitation efficiency component such that temperature remains as the main controller of coral Li/Mg compositions. This is inferred from analysis of corresponding Li/Ca and Mg/Ca ratios with both ratios showing strong microstructure-related co-variations between the fibrous aragonite and centres of calcification, a characteristic that we attribute to varying physiological controls on growth rate. Furthermore, Li/Ca ratios show an offset between more rapidly growing zooxanthellate and azooxanthellate corals, and hence only an approximately inverse relationship to seawater temperature. Mg/Ca ratios show very strong physiological controls on growth rate but no significant dependence with temperature, except possibly for Acropora sp. and Porites sp. A strong positive correlation is nevertheless found between Li/Ca and Mg/Ca ratios at similar temperatures, indicating that both Li and Mg are subject to control by similar growth mechanisms, specifically the mass fraction of aragonite precipitated during calcification, which is shown to be consistent with a Rayleigh-based elemental fractionation model.The highly coherent array defined by Li/Mg versus temperature is thus largely independent of coral calcification mechanisms, with the strong temperature dependence reflecting the greater sensitivity of the KdLi/Ca partition coefficient relative to KdMg/Ca. Accordingly, Li/Mg ratios exhibit a highly coherent exponential correlation with temperature, thereby providing a more robust tool for reconstructing paleo-seawater temperatures

: Revising the consensus on the effect of ocean acidification on coral calcification

Ocean acidification (OA) is one of the main threats to marine habitats likely causing changes in biodiversity and ecosystem function within this century. Ocean acidification might affect various physiological parameters at different stages of the animal life history, from their reproduction, through larval phases and adult growth. Calcifying species, such as scleractinian corals which harbour a large part of the world`s ocean biodiversity, apparently will be the most affected by OA since their calcification and dissolution rates seem related to seawater carbonate chemistry. Studies show a decline in the net calcification rates as a result of decreasing pH and carbonate ions concentration, and an increase in the dissolution rate of carbonate skeletons. However, the consensus on the projected hindering of species calcification ability is in contradiction with several past and recent findings showing that some calcifiers do not seem to be affected by OA. These divergent results have clearly shown that our actual knowledge of biological response to OA is extremely limited and that some assumptions we have used so far might be inaccurate to predict species response to OA.In this report, the consensus of the response of coral calcification rates to acidification, early erroneous assumptions and misconceptions will be revised in the light of recent milestone contributions which impose an adjustment of our current understanding on coral calcification responses face to OA.L'acidification des océans est l'une des principales menaces pesant sur les habitats marins, susceptible de provoquer des changements dans la biodiversité et la fonction des écosystèmes au cours de ce siècle. L'acidification des océans pourrait affecter divers paramètres physiologiques à différents stades du cycle de vie des animaux, de la reproduction à la croissance des adultes en passant par les phases larvaires. Les espèces calcifiantes, telles que les coraux scléractiniaires qui abritent une grande partie de la biodiversité océanique mondiale, seront apparemment les plus touchées par l'AO puisque leurs taux de calcification et de dissolution semblent liés à la chimie des carbonates de l'eau de mer. Des études montrent une diminution des taux nets de calcification en raison de la baisse du pH et de la concentration en ions carbonate, ainsi qu'une augmentation du taux de dissolution des squelettes carbonatés. Toutefois, le consensus sur la projection d'une réduction de la capacité de calcification des espèces est en contradiction avec plusieurs découvertes passées et récentes montrant que certains calcificateurs ne semblent pas être affectés par l'AO. Ces résultats divergents ont clairement montré que nos connaissances actuelles sur la réponse biologique à l'AO sont extrêmement limitées et que certaines hypothèses que nous avons utilisées jusqu'à présent pourraient être inexactes pour prédire la réponse des espèces à l'AO.Dans ce rapport, le consensus sur la réponse des taux de calcification corallienne à l'acidification, les premières hypothèses erronées et les idées fausses seront révisées à la lumière des contributions récentes qui imposent un ajustement de notre compréhension actuelle des réponses de la calcification corallienne face à l'AO

: Revising the consensus on the effect of ocean acidification on coral calcification

Ocean acidification (OA) is one of the main threats to marine habitats likely causing changes in biodiversity and ecosystem function within this century. Ocean acidification might affect various physiological parameters at different stages of the animal life history, from their reproduction, through larval phases and adult growth. Calcifying species, such as scleractinian corals which harbour a large part of the world`s ocean biodiversity, apparently will be the most affected by OA since their calcification and dissolution rates seem related to seawater carbonate chemistry. Studies show a decline in the net calcification rates as a result of decreasing pH and carbonate ions concentration, and an increase in the dissolution rate of carbonate skeletons. However, the consensus on the projected hindering of species calcification ability is in contradiction with several past and recent findings showing that some calcifiers do not seem to be affected by OA. These divergent results have clearly shown that our actual knowledge of biological response to OA is extremely limited and that some assumptions we have used so far might be inaccurate to predict species response to OA.In this report, the consensus of the response of coral calcification rates to acidification, early erroneous assumptions and misconceptions will be revised in the light of recent milestone contributions which impose an adjustment of our current understanding on coral calcification responses face to OA.L'acidification des océans est l'une des principales menaces pesant sur les habitats marins, susceptible de provoquer des changements dans la biodiversité et la fonction des écosystèmes au cours de ce siècle. L'acidification des océans pourrait affecter divers paramètres physiologiques à différents stades du cycle de vie des animaux, de la reproduction à la croissance des adultes en passant par les phases larvaires. Les espèces calcifiantes, telles que les coraux scléractiniaires qui abritent une grande partie de la biodiversité océanique mondiale, seront apparemment les plus touchées par l'AO puisque leurs taux de calcification et de dissolution semblent liés à la chimie des carbonates de l'eau de mer. Des études montrent une diminution des taux nets de calcification en raison de la baisse du pH et de la concentration en ions carbonate, ainsi qu'une augmentation du taux de dissolution des squelettes carbonatés. Toutefois, le consensus sur la projection d'une réduction de la capacité de calcification des espèces est en contradiction avec plusieurs découvertes passées et récentes montrant que certains calcificateurs ne semblent pas être affectés par l'AO. Ces résultats divergents ont clairement montré que nos connaissances actuelles sur la réponse biologique à l'AO sont extrêmement limitées et que certaines hypothèses que nous avons utilisées jusqu'à présent pourraient être inexactes pour prédire la réponse des espèces à l'AO.Dans ce rapport, le consensus sur la réponse des taux de calcification corallienne à l'acidification, les premières hypothèses erronées et les idées fausses seront révisées à la lumière des contributions récentes qui imposent un ajustement de notre compréhension actuelle des réponses de la calcification corallienne face à l'AO

Etude de la physiologie de deux coraux méditerranéens

Cette thèse présente la réponse de deux coraux symbiotiques Méditerranéens Cladocora caespitosa and Oculina patagonica aux variations des paramètres environnementaux. L effet de variations saisonnières ainsi que d une élévation anormale de la température a été testé sur les deux coraux. Par contre, les effets de l éclairement, d un apport en nourriture, ou d une élévation de pCO2 n ont été testés que sur l espèce modèle, C. caespitosa. J ai montré que la température était le paramètre ayant le plus fort impact sur le métabolisme des coraux. En effet, des températures basses, couplées à un apport de nourriture (conditions hivernales), augmentent les concentrations en chlorophylle et zooxanthelles, permettant ainsi une meilleure efficacité photosynthétique au cours de conditions défavorables. Au contraire, les taux de photosynthèse et de calcification sont augmentés l été, pour des températures comprises entre 18 et 23C. Des températures plus élevées (entre 24 et 28C) ont un effet négatif sur le métabolisme des coraux. Cependant, alors que C. caespitosa résiste pendant 5 semaines à des températures égales ou supérieures à 24C, avant de s effondrer et mourir, O. patagonica diminue immédiatement sa densité en zooxanthelles et son taux de croissance, mais conserve une vitalité élevée. Ces résultats, couplés aux observations in situ de mortalité massive de C. caespitosa pendant les récentes périodes estivales, montrent que ce corail vit à sa limite supérieure de température. Nous avons également montré, en utilisant C. caespitosa, que la nourriture constitue le deuxième facteur le plus important pour le métabolisme de ces coraux tempérés. Par contre, une augmentation d un facteur 8 d éclairement ne produit aucun changement dans les concentrations en chlorophylle et zooxanthelles ou dans les taux de croissance, suggérant que l éclairement n est pas un facteur important chez ces coraux. Finalement, un doublement de pCO2, comme il est prévu suite aux changements climatiques, n a aucun effet sur le métabolisme de C. caespitosa, suggérant que la température reste le paramètre le plus important.This thesis explores the physiology of two symbiotic Mediterranean corals, Cladocora caespitosa and Oculina patagonica to changes in their environmental parameters. The effect of temperature was investigated both under the normal seasonal range as well as in the perspective of climate change on the two coral species. The effects of irradiance, food supply, and pCO2 level were only investigated with C. caespitosa taken as a model. Temperature was one of the main environmental factors affecting corals metabolism. Increased concentrations of zooxanthellae and chlorophyll were observed at low temperatures and high food supply, allowing an increase in the photosynthetic efficiency during unfavorable conditions. Conversely, photosynthetic and growth rates were maximal under summer conditions, at temperatures ranging from 18 to 23C. Higher temperatures (from 24 to 28C) negatively affected the photosynthesis, growth and symbiosis in both corals. While C. caespitosa resisted 5 weeks at temperatures equal or above 24C before decreasing its metabolic functions and dying, O. patagonica reduced its symbiont density and growth rates as soon as temperature increased, but showed a low mortality rate. These results, together with the observations of mass mortalities of C. caespitosa during the last summers suggest that this coral is living near its upper thermal limits. We also demonstrated, using C. caespitosa, that food supply was the second most important parameter for these two temperate corals. Conversely, a 8-fold increase in the light level did not change zooxanthellae and chlorophyll concentrations, or growth rates, suggesting that this factor is not important for the coral metabolism. Finally, a doubling in the pCO2 level, as expected by the end of the century, did not either affect C. caespitosa metabolism, leading temperature as the most important parameter.AIX-MARSEILLE2-BU Sci.Luminy (130552106) / SudocSudocFranceF

Impacts in situ de l’acidification des océans sur le processus de dissolution biogénique des substrats calcaires: Cas d’étude à Ischia (Italie)

National audienceL’utilisation des gaz et carburants fossiles a conduit à l’augmentation de 40% des teneurs en dioxyde de carbone (CO2) dans l’atmosphère depuis l’ère préindustrielle. Du fait de l’équilibre des gaz entre les compartiments atmosphérique et océanique, environ 30% de ce CO2 est absorbé par l’océan provoquant l’acidification des océans (diminution de pH). Cette acidification affecte non seulement les organismes calcifiants tels que les coraux, les mollusques et les algues calcaires, mais aussi les organismes non calcifiants comme les macroalgues et le phytoplancton. Ce facteur affecte également des organismes moins connus mais qui jouent un rôle majeur dans la dissolution biogénique des substrats calcaires (ou microbioérosion) : les microbioérodeurs ou microperforants. Ils comprennent des cyanobactéries, des microalgues et des champignons. Ils sont essentiellement filamenteux et creusent activement des galeries dans les substrats calcaires. Ces organismes sont particulièrement actifs dans les substrats morts tels que les squelettes coralliens ou les sédiments et participent à leur diagénèse précoce. Récemment, des expériences menées en aquarium et à court terme ont montré que l’augmentation de la teneur en CO2 dans l’eau de mer (pHT entre 8,2 et 7,65) stimule la croissance des microperforants dans des squelettes coralliens, et donc augmente les taux de dissolution biogénique. Qu’en est-il en milieu naturel et dans d’autres substrats carbonatés? Du fait de résurgences volcaniques riches en CO2 le long d’une de ses côtes, l’île d’Ischia en Italie offre une zone d’étude importante pour observer et quantifier les effets in situ de l’acidification des océans sur les organismes microperforants et les taux de dissolution biogénique associés. Ainsi, des coquilles aragonitiques de Callista sp. ont été placées au niveau de 3 sites situés le long d’un gradient de pHT (8,01 à 7,05) à Ischia en 2009. Après 6 mois d’exposition à la colonisation, les coquilles ont été collectées puis analysées au laboratoire (lames minces, observations au microscope électronique à balayage (MEB) et microscope optique). Les taux de dissolution biogénique ont été quantifiés sur la base (1) du pourcentage de la surface bioérodée, obtenu après observation au MEB, et (2) les profondeurs de pénétration des filaments des microbioérodeurs mesurées en microscopie optique.Cette étude montre que des pH compris entre 7,21 et 7,05 engendrent une diminution significative de l’activité bioérosive des microperforants. En effet le taux moyen de dissolution biogénique des coquilles passe d’environ 85 g.m-2.an-1 pour un pHT de 8,01 à 15 g.m-2.an-1 pour le pHT de 7,21. A pHT inférieur à 7,21, l’état de saturation en aragonite (Ω) était proche ou inférieur à 1 durant de longues périodes ce qui a entraîné la dissolution chimique de la surface des coquilles. La dissolution chimique des coquilles a empêché le développement en profondeur des communautés microperforantes dans les substrats. Ce résultat est en opposition avec les études précédentes réalisées avec des pH supérieurs à 7,65. Notre étude montre qu’une acidification intense des océans (i.e., pH < 7,65) pourrait ralentir la dissolution des substrats calcaires par les microperforants