The importance of atmospheric and anthropogenic iron for the macroalgae overgrowing coral reefs in the Caribbean Sea

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202007033602
Title: The importance of atmospheric and anthropogenic iron for the macroalgae overgrowing coral reefs in the Caribbean Sea
Author: Saarman, Pauliina
Other contributor: Helsingin yliopisto, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta, Bio- ja ympäristötieteellinen tiedekunta
University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Helsingfors universitet, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten, Bio- och miljövetenskapliga fakulteten
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2020
Language: eng
URI: http://urn.fi/URN:NBN:fi:hulib-202007033602
http://hdl.handle.net/10138/317428
Thesis level: master's thesis
Discipline: akvaattiset tieteet
Aquatic Sciences
akvatiska vetenskaper
Abstract: Kaikki yhteyttävät organismit tarvitsevat rautaa. Se rajoittaa tuotantoa laajoilla alueilla avomerta, jossa muita ravinteita olisi riittävästi. Sen jakautuminen on kuitenkin epätasaista. Rautapitoista pölyä kulkeutuu jaksoittaisesti Afrikan aavikolta tuulien mukana Atlantin yli Karibianmerelle. Siitä merkittävä osa on valoreaktioiden johdosta pelkistynyttä ferrorautaa (Fe2+), joka liukenee veteen ja on siten levien saatavilla. Meriin kulkeutuu rautaa ilmakehässä kolme kertaa niin paljon kuin jokivesissä. Karibianmeren koralliriutat selviävät häiriöistä suhteessa heikommin kuin Indo-Tyynenmeren riutat, ja yhdeksi syyksi tähän on arveltu raudan ylimäärää. Kun rauta ei rajoita levien kasvua, ne ovat valmiita hyödyntämään esimerkiksi ihmistoiminnasta seuraavia ravinnepäästöjä ja voivat tukahduttaa korallit kasvamalla niiden päälle. Tässä tutkimuksessa tarkastellaan ilmakehävälitteisen raudan merkitystä Karibian riuttaekosysteemin ravinnetasapainon kannalta sekä ihmistoiminnan vaikutusta tähän. Rauta-, typpi- ja fosforirikastuskokeet tehtiin neljältä Guadeloupen tilaltaan heikentyneeltä riutalta kerätyille ruskolevälajeille in situ. Lajit olivat alueella yleiset Sargassum polyceratium, Dictyota menstrualis ja Dictyota pinnatifida. Ravinteen rajoittavuutta selvitettiin mittaamalla levien klorofyllifluoresenssia Pulse Amplitude Modulator (PAM) -fluorometrillä. Näytteistä havainnoitiin nutrient-induced fluorescence transient (NIFT) -vasteita, jotka osoittavat leväyksilön aktiivisesti assimiloivan tutkittavaa ravinnetta. Raudan rajoittavuutta havaittiin 10 % näytteistä. Alhainen määrä antaa osin tukea hypoteesille raudan kumuloitumisen heikentävästä vaikutuksesta Karibialla. Ihmistoiminnalla ei ollut vaikutusta levien raudantarpeeseen, mutta sen sijaan fosfaatti rajoitti voimakkaammin ihmistoiminnan läheisyydessä. Typen osalta nitraattivasteessa ei ollut merkittävää eroa, mutta ammoniumin rajoittavuutta osoittavia NIFT:a havaittiin. Typen ja fosforin yhteisrajoittavuutta esiintyi myös. Sedimentin sitoman fosforin ja raudan liukoisuudet riippuvat raudan redox-potentiaalista. Raudan saatavuus hyödyntää myös typpeä sitovia bakteereja, jotka kilpailevat levien kanssa. Ravinnepäästöjen vaikutukset riippuvat sekä kyseessä olevasta yhteisöstä että lajista: eri lajien väliset erot ravinteiden hyödyntämisen strategioissa - ja siten myös NIFT-vasteissa - tulivat esiin. Koralliriuttaekosysteemi on monen tekijän yhteispeli, ja sitä tutkittaessa tulee ottaa kvantitatiivisesti huomioon sekä ympäristötekijät että epäyhtenäinen ajallinen taso. NIFT-kokeiden sovellettavuus parantuisi myös, jos käytössä olisi tietoa ympäristön ravinnepitoisuuksista. Menetelmä vaikuttaisi soveltuvan raudan rajoittavuuden tarkasteluun, mutta lisää tutkimusta sen tueksi tarvitaan.Iron is a trace element but indispensable for all photosynthesizing organisms. It is unevenly distributed in the world’s oceans, limiting production in offshore high nitrogen low chlorophyll (HNLC) seas. The Caribbean Sea periodically receives high amounts of iron-carrying aeolian dust originating in the African desert. This aerosol Fe is estimated to contribute three times as much as riverine input to the total iron in the seawater, a considerable fraction of it being soluble ferrous Fe(II) due to photochemical reactions. It has been hypothesized that the excess iron in the Caribbean Sea is one of the reasons why the Caribbean coral reefs are less resilient to degradation. The algae that are not limited by iron have the potential to efficiently utilize the macronutrients from e.g. anthropogenic sources and overgrow the corals. In this study Fe, N & P enrichment experiments were conducted in situ in Guadeloupe to find out if iron limitation can be detected and to contemplate the role of atmospheric iron and the anthropogenic impact. Sargassum polyceratium and Dictyota spp. (Phaeophyceae) were collected from four locations that had degraded coral reefs with macroalgae growing on them. The samples’ fluorescence was measured using Pulse Amplitude Modulator (PAM) fluoroscope to detect nutrient-induced fluorescence transients (NIFTs), rapid changes in chlorophyll fluorescence caused by nutrient assimilation in the algal specimen. Iron limitation was detected in all of the study locations but it was weak, which gives limited support to the hypothesis about iron deteriorating the Caribbean reefs’ chances against disturbance. Comparison of the locations did not result in differences in iron limitation according to the anthropogenic impact level. The difference was statistically significant in P limitation, the algae from high impact sites expressing greater demand. Ammonium and nitrate enrichments did not result in significant differences, but NH4 limitation did occur, as well as co-limitation of N & P. Iron has an important role in the phosphorus flux in the sediments and high Fe availability benefits N-fixing cyanobacteria. Redox conditions in the sediment control both Fe and P availability in the water column. Nutrient leaching does affect the local nutrient dynamics but the effects of eutrophication depend on both the species and the community. Notable differences in the NIFT responses were detected between the species that may indeed exert differing nutritional strategies. Coral reef ecosystem complexity emphasizes the importance of timing as well as consistence in quantification of the environmental parameters. The applicability of NIFT results would improve if they were combined with nutrient concentrations data. The fluorescence method appears to be useful in studying iron limitation but more research on iron-induced NIFTs is needed.
Subject: Iron
nutrient
limitation
Caribbean Sea
NIFT
PAM
Sargassum
Dictyota
coral reef. aeolian dust


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Saarman_Pauliina_Pro_gradu_2020.pdf 3.394Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record