Effects of Ocean Acidification on Mediterranean Corals

Abstract

[EN] Since the beginning of the industrial era, oceans have absorbed almost one-third of the carbon dioxide (CO2) released to the atmosphere by anthropogenic activities, mitigating its greenhouse effect and its influence on Earth’s climate. However, a consequence of this absorption is ocean acidification (OA), a process that has emerged as potentially disturbing for marine ecosystems and has become a research priority in recent years. The Mediterranean is already one of the most impacted seas in the world, facing many anthropogenic pressures. However, it is still under debate if the impact of OA will be stronger in this semi-enclosed sea than in the global ocean. In this thesis, we contribute to the still limited knowledge on the mid- to long-term effects of OA on nine key benthic species from the two most important Mediterranean calcareous ecosystems in terms of species diversity, the shallow coralligenous and the deep-sea communities. For that purpose, we started by developing a system for experimental pH manipulation in aquaria that allowed us to expose the organisms to different pH and temperature conditions, simulating the present values and those expected by the year 2100. We assessed the response in the calcification rate, the status of the carbonated supporting framework (microstructure, specific microdensity and porosity) and the metabolic balance (organic matter, carbohydrates, lipids and proteins content in the tissue) in each single species. In terms of calcification, the most affected species was the octocoral Corallium rubrum, which exhibited a mean decrease of about 59%, followed by zooxanthellate corals Cladocora caespitosa and Oculina patagonica, with a decrease of 35 and 32%, respectively. Interestingly, azooxanthellate corals showed higher resistance to the acidified conditions expected by the end of the century, both temperate species Astroides calycularis and Leptopsammia pruvoti, and cold-water corals Lophelia pertusa, Madrepora oculata and Dendrophyllia cornigera. The only exception was Desmophyllum dianthus that displayed a 70% reduction in calcification of younger specimens after the exposure to acidified conditions. Our results also show some degree of species-specific variability in their metabolic response, suggesting that different strategies and abilities for translocation of the energy budget could explain part of the variability in the response of these organisms to acidified conditions. This thesis provides details of the varying effect of acidification and global warming on marine calcifying organisms belonging to Mediterranean benthic ecosystems, and highlights the potential changes in the composition of these communities in a near future

[ES] Desde el comienzo de la era industrial, los océanos han absorbido casi un tercio del dióxido de carbono (CO2) liberado a la atmósfera por las actividades antropogénicas, mitigando su efecto invernadero y su influencia en el clima de la Tierra. Sin embargo, una consecuencia de esta absorción es la acidificación del océano (OA), un proceso que ha surgido como potencialmente alarmante para los ecosistemas marinos y se ha convertido en una prioridad el la investigación durante los últimos años. El Mediterráneo es actualmente uno de los mares más afectados del mundo, enfrentándose a muchas presiones antropogénicas. Sin embargo, sigue siendo objeto de debate si el impacto de la OA en este mar semi-cerrado será más fuerte que en el océano global. En esta tesis, contribuimos al conocimiento aún limitado de los efectos de medio a largo plazo de la OA en nueve especies bentónicas clave de los dos ecosistemas calcáreos del Mediterráneo más importantes en términos de diversidad, el coralígeno somero y las comunidades de aguas profundas. Para ello, desarrollamos un sistema para la manipulación experimental del pH en acuarios que nos ha permitido exponer los organismos a diferentes condiciones de pH y temperatura, simulando así los valores actuales y los previstos para el año 2100. Se evaluó la respuesta en la tasa de calcificación , en el estado de la estructura carbonatada de soporte (microestructura, microdensidad y porosidad específica del esqueleto) y en el balance metabólico (contenido en materia orgánica, hidratos de carbono, lípidos y proteínas del tejido) en cada una de las especies. En términos de calcificación, la especie más afectada fue el octocoral Corallium rubrum, exhibiendo una disminución promedio en torno al 59%, seguido de los corales zooxantelados Cladocora caespitosa y Oculina patagonica, con una disminución del 35 y 32%, respectivamente. Curiosamente, los corales azooxantelados mostraron una mayor resistencia a las condiciones acidificadas esperadas para finales de siglo, tanto en el caso de las especies temperadas Astroides calycularis y Leptopsammia pruvoti, como en las especies de aguas frías Lophelia pertusa, Madrepora oculata y Dendrophyllia cornigera. La única excepción fue Desmophyllum dianthus que presentó una reducción significativa del 70% en la calcificación de los especímenes más jóvenes tras la exposición a condiciones acidificadas. Nuestros resultados también muestran un cierto grado de variabilidad especie-específico en la respuesta metabólica, sugiriendo que diferentes estrategias y habilidades para la translocación del balance energético podrían explicar parte de la variabilidad observada en la respuesta de estos organismos a las condiciones de pH bajo. Esta tesis ilustra los efectos variables que la acidificación y el calentamiento global pueden tener en organismos calcificadores marinos pertenecientes a ecosistemas bentónicos Mediterráneos y pone de manifiesto los posibles cambios en la composición de estas comunidades en un futuro próximo.