Ana Lívia Negrão Leite Ribeiro
Em 25 de abril de 2016, as 14h, no Instituto de Botânica de São Paulo (IBt), Ana Lívia Negrão Leite Ribeiro, aluna do programa de Pós-Graduação em Biodiversidade Vegetal e Meio Ambiente do Instituto de Botânica de São Paulo, bolsista Fapesp (Processo n° 2012/19148-5), defendeu sua Tese de Doutorado intitulada: “Efeitos do aumento da temperatura e dos níveis de CO2 e do nitrogênio da água do mar no metabolismo de rodofíceas marinhas bentônicas ”.
A banca examinadora foi presidida pela orientadora, Dra. Nair Sumie Yokoya, do Núcleo de Pesquisa de Ficologia (IBt) e contou com a participação do Dr. Guilherme Pereira Filho, do Departamento de Ciências do Mar da Universidade Federal de São Paulo (UNIFESP), da Dra. Mutue Toyota Fujii , do Núcleo de Pesquisa em Ficologia do Instituto de Botânica de São Paulo, da Dra. Aline Paternostro Martins, do Instituto de Química da Universidade de São Paulo (USP) e da Dra. Estela Maria Plastino, do Instituto de Biociências da Universidade de São Paulo (USP).
Efeitos do aumento da temperatura e dos níveis de CO2 e do nitrogênio da água do mar no metabolismo de rodofíceas marinhas bentônicas
ABSTRACT
The disorderly growth of cities, changes in land use, increased burning of fossil fuels, deforestation and effluent discharge in aquatic environments are some of the causes of the increase in atmospheric CO2, global warming, and high nutrient availabilities, as nitrogen and phosphorus in aquatic ecosystems, as a result of eutrophication. In the first chapter of this study, the effects of increased nitrogen levels (as nitrate or ammonium) and phosphorus in growth of Hypnea aspera Kützing (Rhodophyta, Gigartinales) were evaluated as well as its potential to uptake, remove and assimilate these nutrients as photosynthetic pigments, soluble protein content and C, H, N and P in the thallus. This species had an increase in growth with increasing of nitrate availability, however high ammonium concentrations and high availabilities of phosphorus in the culture medium (N/P of 10: 1) inhibited its growth. H. aspera can be used as a potential biofilter, since this species could incoporate the excess of nutrients available in seawater as pigments, proteins and elements in the thallus. H. aspera also removed nearly 100% of nitrate, ammonium and phosphate available in different treatments. In the second, third and fourth chapters, we evaluated the effects of increased temperature (21, 25 and 30°C) and CO2 levels (0, 380 and 1000 ppm) under climate projections of the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) to the present day and the year 2100, as well as the increase of nitrate concentrations (0, 125 and 500 µM) or ammonium (0, 50 and 100 µM) in the seawater on growth, pigment, protein, C, H and N content, in photosynthesis of the red algae H. aspera (chapter 2), Dichotomaria marginata (J. Ellis & Solander) Lamarck (Rhodophyta, Nemaliales) ((chapter 3), a species with calcium carbonate deposition as aragonite), and Amphiroa fragilissima (Linnaeus) J.V. Lamouroux (Rhodophyta, Corallinales ((Chapter 4), a species with calcium carbonate deposition as calcite). For these two coralline species, the percentage of calcification was also evaluated. H. aspera was sensitive to increases in CO2 concentrations to 1000 ppm and temperature up to 30°C, and these conditions were lethal to the species. High values for all variables were observed in 125 and 500 µM of nitrate or 50 and 100 µM of ammonium at 21 and 25°C and without addition of CO2 and 380 ppm. D. marginata grew in all treatments tested with CO2, temperature and nitrogen availability, and the optimal values were observed in treatments with 125 and 500 µM of nitrate or 50 µM of ammonium, with 0 or 380 ppm CO2 at all temperatures tested. The increase of CO2 and temperature caused negative effects on growth, calcification and photosynthesis of D. marginata. Under these conditions, the species accumulated pigments, C and H on the thallus, which may be related to the increase of polysaccharides synthesis due to stress conditions. The increase of CO2 affected negatively the physiology and metabolism of coralline alga Amphiroa fragilissima, however, in high CO2 (1000 ppm) and with 500 µM of nitrate at 25°C and 50 µM of ammonium at 30°C, the species showed high percentage of calcification, assimilation of nitrogenous compounds and photosynthesis. Moreover, under these conditions, the pH of seawater, the availability of carbonate and the calcite saturation state did not decrease, as expected. These results suggest that A. fragilissima acclimated to global climate change. The results provide information for future studies to be performed and contribute to the knowledge about the effects of global climate change and high availabilities of nutrients in seawater on Rhodophyta species.
Keywords: Amphiroa fragilissima, aragonite, calcite, CO2, Dichotomaria marginata, Hypnea aspera, nitrogen, phosphorus, temperature
RESUMO
O crescimento desordenado das cidades, mudanças no uso da terra, o aumento da queima de combustíveis fósseis, desmatamento e descarga de efluentes em ambientes aquáticos são algumas das causas do aumento das emissões de CO2 atmosférico, que causa a elevação da temperatura global, e do enriquecimento das águas marinhas com nutrientes causadores de eutrofização como o nitrogênio e o fósforo. No primeiro capítulo deste trabalho, verificamos os efeitos do aumento da disponibilidade de nitrogênio (na forma de nitrato ou amônio) e fósforo no crescimento da rodofícea Hypnea aspera Kützing (Rhodophyta, Gigartinales) e seu potencial de captar, remover e assimilar esses nutrientes na forma de pigmentos fotossintetizantes, proteínas solúveis totais e conteúdos de C, H, N e P no talo. A espécie teve um aumento do crescimento com o aumento da disponibilidade de nitrato, entretanto altas concentrações de amônio e o aumento de fósforo no meio de cultura (relação N:P de 10:1) inibiram o seu crescimento. H. aspera pode ser usada como um potencial biofiltro, uma vez que o excesso de nutrientes disponíveis na água do mar foram acumulados na forma de pigmentos, proteínas e elementos no talo das algas. H. aspera também removeu quase 100 % do nitrato, amônio e fosfato disponíveis nos diferentes tratamentos. No segundo, terceiro e quarto capítulos, foram avaliados os efeitos do aumento da temperatura (21, 25 e 30°C) e dos níveis de CO2 (0, 380 e 1000 ppm) segundo projeções climáticas do Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) para os dias atuais e para o ano de 2100, bem como o aumento das concentrações de nitrato (0, 125 e 500 µM) ou amônio (0, 50 e 100 µM) na água do mar no crescimento, conteúdo de pigmentos, proteínas, C, H e N no talo e fotossíntese das rodofíceas H. aspera (capítulo 2), Dichotomaria marginata (J. Ellis & Solander) Lamarck (Rhodophyta, Nemaliales) ((capítulo 3), uma espécie com deposição de carbonato de cálcio na forma de aragonita) e Amphiroa fragilissima (Linnaeus) J.V. Lamouroux (Rhodophyta, Corallinales ((capítulo 4), uma espécie com deposição de carbonato de cálcio na forma de calcita). Para essas duas últimas espécies, também foi avaliado a porcentagem de calcificação. H. aspera foi sensível aos aumentos das concentrações de CO2 para 1000 ppm e elevação da temperatura para 30°C e essas condições foram letais para a espécie. Altos valores para todas as váriaveis analisadas foram observados em 125 e 500 µm de nitrato ou 50 e 100 µM de amônio, à 21 e 25°C e sem adição de CO2 e com 380 ppm. D. marginata cresceu em todos os tratamentos testados com CO2, temperatura e disponibilidade de nitrogênio, e os valores ótimos foram observados em 125 e 500 µM de nitrato ou 50 µM de amônio, com 0 ou 380 ppm de CO2 em todas as temperaturas testadas. O aumento do CO2 e da temperatura causaram efeitos negativos no crescimento, calcificação e fotossíntese de D. marginata. Nessas condições, as algas acumularam pigmentos, C e H no talo, que podem estar relacionados ao aumento da síntese de polissacárideos em situações de estresse. O aumento do CO2 afetou negativamente a fisiologia e metabolismo da alga coralinácea Amphiroa fragilissima, entretanto em alto CO2 (1000 ppm) e com adição de 500 µM de nitrato à 25°C e disponibilidade de 50 µM de amônio à 30°C, a espécie apresentou alta porcentagem de calcificação, assimilação de compostos nitrogenados e fotossíntese. Além disso, nessas condições, o pH da água do mar, a disponibilidade de carbonato e o estado de saturação da calcita não diminuiram, como seria esperado. Esses resultados sugerem que A. fragilissima pode se aclimatar as mudanças climáticas globais. Os resultados obtidos fornecem subsídios para que estudos futuros possam ser realizados e contribui para ampliar o conhecimento científico sobre os efeitos das mudanças climáticas globais e o enriquecimento de nutrientes na água do mar em rodofíceas marinhas bentônicas.
Palavras-chave: Amphiroa fragilissima, aragonita, calcita, CO2, Dichotomaria marginata, fósforo, Hypnea aspera, nitrogênio, temperatura
Ana Lívia Negrão Leite Ribeiro
Efeitos do aumento da temperatura e dos níveis de CO2 e do nitrogênio da água do mar no metabolismo de rodofíceas marinhas bentônicas
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