Simulación de un escenario de cambio global: efectos sobre productores primarios bentónicos en un ecosistema marino norpatagónico

Abstract

El cambio global ha sido objeto de estudio en las últimas décadas, en los cuales se ha abordado no sólo la alteración de las variables ambientales en un escenario futuro, sino también la comprensión de su impacto en los organismos. Entre estos organismos, los productores primarios desempeñan un papel crucial como base trófica de los sistemas marinos costeros. Estos productores primarios presentan una amplia diversidad en términos de formas, tamaños y hábitats, y son afectados por mecanismos tanto bottom-up como top-down. Numerosos forzantes del cambio global involucran variables ambientales con efectos bottom-up. Los productores primarios bentónicos, como Corallina officinalis y el microfitobentos, ofrecen diversos servicios ecosistémicos, lo que significa que cualquier impacto del cambio global en estos organismos podría alterar la composición y funcionamiento de los ecosistemas a diversas escalas. En la Bahía San Antonio (Río Negro, Argentina), se destaca una gran diversidad de productores primarios bentónicos, siendo C. officinalis y el microfitobentos dos de los más relevantes. Esta bahía está sometida a un régimen macromareal semidiurno, que genera cambios ambientales significativos, a los cuales están sometidos los organismos que allí habitan. Con el objetivo de comprender cómo las consecuencias de las variables asociadas a los forzantes del cambio global afectan a estos productores primarios, en el laboratorio se llevaron a cabo experimentos de corto plazo, consistentes en bloques ambientales, en los que se manipuló la radiación, se aumentó la concentración de nutrientes y se disminuyó el pH del agua de mar. Para evaluar el impacto de las condiciones del cambio global, se sometieron talos de C. officinalis y muestras de microfitobentos, tanto de sustrato duro como de sedimento, a este bloque ambiental simulando el escenario futuro de cambio global RCP 8.5. Este enfoque experimental permitió obtener información clave sobre cómo la combinación de alteraciones en las condiciones ambientales podría afectar a los productores primarios bentónicos de Bahía San Antonio en un escenario de cambio global futuro. Por otra parte, para establecer una línea de base de los parámetros fisiológicos de estos productores primarios, a lo largo de un año se realizaron muestreos en cada estación de C. officinalis y mensuales de microfitobentos, así como de los parámetros y estructura comunitaria del microfitobentos. A partir de los muestreos y luego de los experimentos, se midieron la concentración de pigmentos, la producción neta de oxígeno, la relación carotenoides/clorofila-a y el contenido de carbonato.

Para C. officinalis, a pesar de que la concentración de pigmentos y la relación carotenoides/clorofila-a no mostraron variaciones estacionales, la producción neta de oxígeno y el contenido de carbonato disminuyeron en primavera, coincidiendo con un pico de carotenoides. Después de la manipulación experimental, se registró un pico de la relación carotenoides/clorofila-a en verano bajo Condiciones Predichas y Condiciones Actuales, y en invierno bajo Condiciones Predichas. Este pico resultó en una disminución del estado fisiológico del alga, reflejándose también en las demás variables evaluadas. En los resultados del muestreo estacional del microfitobentos de sustrato duro no se detectaron diferencias en los aspectos comunitarios y fisiológicos. Por otro lado, la estructura comunitaria del microfitobentos de sedimento blando y su concentración de pigmentos variaron a lo largo del año. A diferencia del microfitobentos de sustrato duro, se observó una variación en los parámetros y en la estructura comunitaria, así como en el biovolumen de la diatomea central Auliscus caelatus. La respuesta del microfitobentos de sustrato duro a la manipulación experimental bajo Condiciones Predichas mostró una disminución del biovolumen de la diatomea pennada Cylindrotheca closterium durante otoño e invierno, pero un incremento en verano. Por otra parte, después de la manipulación, el microfitobentos fue sometido a herbivoría por el caracol Heleobia australis para evaluar de manera indirecta la calidad nutricional de las células que lo componen. Un mayor consumo se traduciría en una menor calidad nutricional; se observó un mayor consumo de microalgas bajo Condiciones Predichas en verano.

En resumen, tanto C. officinalis como el microfitobentos —tanto de sustrato duro como de sedimento blando— estarían exhibiendo una estrategia de aclimatación para afrontar los altos niveles de radiación, ajustando la composición de pigmentos o migrando a través del sedimento (en el caso del microfitobentos de sedimento blando) para evitar la fotoinhibición y maximizar la productividad. Por otro lado, en la estructura comunitaria del microfitobentos se observó un aumento de las especies más tolerantes y una reducción de las menos tolerantes. Este estudio contribuye a la comprensión de cómo el alga C. officinalis y el microfitobentos podrían responder ante un escenario futuro de cambio global, proporcionando información valiosa para anticipar la potencial alteración de sus funciones ecosistémicas y los servicios que brindan.

Global change has been a matter of study in recent decades, addressing both the alteration of environmental variables in a future scenario and the understanding of its impact on organisms. Among these organisms, primary producers play a crucial role as the trophic web basis of coastal marine systems. These primary producers are diverse in terms of shape, size, and habitats, and are affected by both bottom-up and top-down mechanisms. Numerous drivers of global change involve environmental variables with bottom-up effects. Benthic primary producers, such as Corallina officinalis and microphytobenthos, provide ecosystem services, which means that any impact of global change on these organisms could alter the composition and functioning of ecosystems at different scales. In San Antonio Bay, there is a wide diversity of benthic primary producers, being C. officinalis and microphytobenthos two of the most relevant in terms of abundance. This bay is subject to a semi-diurnal macrotidal regime, which leads to significant environmental changes and ultimately affects the organisms. In order to understand how the consequences of variables associated with global change drivers affect these primary producers, short-term experiments were conducted in the laboratory, consisting of environmental clusters. These experiments involved manipulating radiation, increasing nutrient concentration and decreasing seawater pH. To assess the impact of global change conditions, thalli of C. officinalis and samples of microphytobenthos from both rocky substrate and sand were subjected to an environmental future simulated cluster of the global change scenario RCP 8.5. This experimental approach provided key information on how the combination of altered environmental conditions could affect benthic primary producers in San Antonio Bay (Río Negro, Argentina) under a future global change scenario. Furthermore, to determine the baseline for the physiological parameters of these primary producers and the community structure of the microphytobenthos, seasonal samplings of C. officinalis and monthly samplings of microphytobenthos were conducted over a year. From the samplings and experiments, pigment concentration, net oxygen production, carotenoids/chlorophyll-a ratio, and carbonate content were measured. In the case of C. officinalis, although pigment concentration and carotenoids/chlorophyll-a ratio showed no seasonal variations, net oxygen production and carbonate content decreased in spring, coinciding with a peak in carotenoid concentrations. After experimental manipulation, a peak in the carotenoids/chlorophyll-a ratio was recorded in summer under Predicted Conditions and Current Conditions, and in winter under Predicted Conditions. This peak resulted in a decrease in the physiological status of the algae, which was also reflected in the other variables assessed. No differences were detected in the community and physiological parameters of the rocky substrate microphytobenthos among seasons. On the other hand, the community structure of the sand microphytobenthos and their pigment concentration varied throughout the year. In contrast to the hard substrate microphytobenthos, there were variations in the community parameters, structure, and the biovolume of the centric diatom Auliscus caelatus. Under the Predicted Conditions, the response of rocky substrate microphytobenthos to experimental manipulation showed a decrease in biovolume of the pennate diatom Cylindrotheca closterium during autumn and winter but an increase in summer. Furthermore, after the experiment, microphytobenthos was exposed to herbivory by the snail Helerobia australis, to indirectly assess the nutritional quality of its cells. Increased consumption would result in lower nutritional quality; a higher microalgal consumption was observed under the Predicted Conditions in summer. In summary, C. officinalis and microphytobenthos—both from rocky substrate and sand—appear to exhibit an acclimation strategy to cope with high radiation levels, adjusting their pigment composition or migrating through the sediment (in the case of sand microphytobenthos) to avoid photoinhibition and maximize productivity. On the other hand, an increase in more tolerant species and a reduction of less tolerant ones was observed in the microphytobenthos community structure. This study contributes to the understanding of how the alga C. officinalis and microphytobenthos might respond to a future global change scenario, providing valuable information to anticipate the potential alteration of their ecosystem functions and the services they provide.