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Apr 08, 2023

L’energia utilizzabile fotosintetica spiega i modelli verticali della biodiversità nei coralli zooxantellati

Scientific Reports volume 12,

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 20821 (2022) Citare questo articolo

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La biodiversità negli ecosistemi della barriera corallina è distribuita in modo eterogeneo su scale spaziali e temporali, essendo comunemente influenzata da fattori biogeografici, area di habitat e frequenza di disturbo. Una potenziale associazione tra gradienti di energia utilizzabile e modelli di biodiversità ha ricevuto scarso supporto empirico in questi ecosistemi. Qui, abbiamo analizzato la variazione della produttività e della biodiversità rispetto ai gradienti di profondità nelle comunità di coralli simbiotici, i cui membri fanno affidamento sull’energia traslocata dalle alghe simbionti fotosintetiche (zooxantelle). Utilizzando un modello meccanicistico abbiamo esplorato l’associazione tra la variazione dipendente dalla profondità dell’energia fotosintetica utilizzabile dai coralli e i gradienti di diversità delle specie, confrontando le barriere coralline con limpidezza dell’acqua e modelli di biodiversità contrastanti nei punti caldi globali della biodiversità marina. Il modello produttività-biodiversità spiega tra il 64 e il 95% della variazione correlata alla profondità nella ricchezza delle specie di coralli, indicando che gran parte della variazione nella ricchezza delle specie con la profondità è guidata da cambiamenti nel contributo frazionario dell’energia fissata fotosinteticamente dalle zooxantelle. Questi risultati suggeriscono un ruolo fondamentale della disponibilità di energia solare e della produzione fotosintetica nello spiegare i modelli su scala globale della biodiversità corallina e della struttura della comunità lungo i gradienti di profondità. Di conseguenza, il mantenimento della qualità ottica dell’acqua nelle barriere coralline è fondamentale per proteggere la biodiversità dei coralli e prevenire il degrado delle barriere coralline.

La luce solare è la principale fonte di energia praticamente per l’intera produzione biochimica di materia organica sulla Terra1. Tra i diversi fattori che influenzano i produttori primari sia negli ecosistemi terrestri che acquatici, la luce solare è forse il più eterogeneo dal punto di vista spaziale e temporale, con conseguenti impatti significativi sul trasferimento di energia attraverso i livelli trofici2,3,4. La variazione nella fornitura di energia utilizzabile derivata dalla produzione primaria gioca un ruolo importante sulla variazione spaziale della diversità delle specie nelle comunità ecologiche, facilitando una diminuzione del rischio di estinzione delle specie a causa della stocasticità demografica e ambientale in ambienti altamente produttivi5. Sebbene negli ecosistemi terrestri e acquatici prevalga una relazione positiva tra produttività e biodiversità6, rimane un dibattito significativo sulla forza del legame tra queste due caratteristiche e se sia prevedibile, considerando le variazioni osservate nella forma della relazione produttività-biodiversità in alcune comunità (ad es. , positivo, negativo, unimodale e neutro)7,8,9,10. Poiché la quantità di energia utilizzabile da un gruppo di organismi in una comunità è difficile da misurare direttamente, parte di questa variazione è stata associata ai surrogati utilizzati come approssimativamente indicativi della produttività e agli effetti confondenti dei fattori di stress ambientale, tipicamente più accentuati in paesi altamente produttivi. ambienti6,7.

I coralli sclerattinici sono metazoi con la capacità di calcificare, responsabili della costruzione dell'ecosistema marino più diversificato e produttivo da cui gli esseri umani ottengono benefici socio-economici essenziali. Il successo ecologico ed evolutivo di questi animali in ambienti oligotrofici a partire dal Triassico superiore è attribuito all'endosimbiosi nutrizionale con alghe unicellulari fotosintetiche (zooxantelle)11, che conferisce loro la capacità di utilizzare la luce solare come principale fonte di energia aumentandone i tassi di calcificazione12 . A causa dell'attenuazione esponenziale della luce solare con la profondità13, la distribuzione verticale dei coralli simbiotici avviene lungo gradienti ripidi governati dalla luce su piccole scale spaziali, mentre altre risorse limitanti e fattori fisici (ad esempio, azoto, ossigeno, temperatura) variano meno o rimangono quasi costanti14 ,15. Essendo organismi bentonici e sessili prevalenti nelle acque costiere, i coralli sono anche esposti a cambiamenti significativi nell'intensità della luce in risposta alle proprietà ottiche della colonna d'acqua (cioè, coefficiente di attenuazione verticale per l'irradianza discendente, Kd). Questa variazione è determinata dai modelli di precipitazione e dai flussi verso il mare di nutrienti e sedimenti terrestri13,16, con importanti implicazioni sulla produzione primaria e sul bilancio energetico delle comunità coralline3,4. Tuttavia, le associazioni tra gradienti di produttività e biodiversità nelle comunità coralline non sono state ancora dimostrate e i modelli di biodiversità corallina sono principalmente attribuiti a fattori biogeografici, area di habitat e frequenza di disturbo10,17,18,19,20,21,22.