Effects of macroalgae loss in an Antarctic marine food web: applying extinction thresholds to food web studies

• Autores: Cordone, Georgina Florencia; Marina, Tomas Ignacio; Salinas, Vanesa Anabella; Doyle, Santiago Raúl; Saravia, Leonardo Ariel; Momo, Fernando Roberto
• Año de publicación: 2018
• Idioma: inglés
• Tipo de recurso: artículo
• Fuente: PeerJ. Sep. 2018; 6: 1-20; https://peerj.com/articles/5531
• Materia: Macroalgas antárticas; Umbrales de extinción; Red alimentaria marina; Antarctic Macroalgae; Extinction thresholds; Marine food web; Macroalgas antárticas; Limiares de extinção; Teia alimentar marinha; Ciencias Biológicas; Ecología
• Institución: Universidad Nacional de General Sarmiento

Revista con referato
Fil: Doyle, Santiago Raúl. Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias; Argentina.
Fil: Doyle, Santiago Raúl. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.
Fil: Momo, Fernando. Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias; Argentina.
Fil: Momo, Fernando Roberto. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.
Fil: Salinas, Vanesa Anabella. Consejo Nacional de Investigaciones Científicas y Técnicas; Argentina.
Fil: Salinas, Vanesa Anabella. Universidad Nacional de General Sarmiento; Argentina.
Fil: Saravia, Leonardo Ariel. Universidad Nacional de Luján; Argentina.
Fil: Saravia, Leonardo Ariel. Universidad Nacional de General Sarmiento. Instituto de Ciencias; Argentina.
La Antártida se ve gravemente afectada por el cambio climático, en particular en la Península Antártica Occidental (PAO), donde se observa un rápido calentamiento regional. Potter Cove es un fiordo de la PAO en las Islas Shetland que constituye un punto crítico de biodiversidad. En los últimos años, la temperatura media anual del aire en Potter Cove aumentó 0,66 °C, los glaciares costeros disminuyeron y la materia particulada en suspensión aumentó debido al derretimiento del hielo. Las macroalgas son la principal fuente de energía para todos los consumidores y detritívoros de Potter Cove. Algunos efectos del cambio climático favorecen a las especies pioneras de macroalgas que explotan nuevas áreas libres de hielo y también pueden disminuir las tasas de fotosíntesis e intensificar la competencia entre especies debido al aumento de la materia particulada en suspensión. En este estudio, evaluamos las posibles consecuencias del cambio climático en la red trófica de Potter Cove simulando la extinción de macroalgas y detritos utilizando un enfoque topológico con umbrales de extinción. Los umbrales representan el número mínimo de enlaces entrantes necesarios para la supervivencia de las especies. Al simular aleatoriamente las extinciones de especies de macroalgas, se necesitó un umbral de extinción superior al 50% para obtener un número significativo de extinciones secundarias, mientras que con un umbral del 75% se produjo un colapso real de la red trófica. Nuestros resultados indican que la red trófica de Potter Cove es relativamente robusta a la extinción de macroalgas. Esto difiere drásticamente de lo observado en otras redes tróficas, donde una reducción del 10% en la ingesta de presas provocó un aumento desproporcionado de las extinciones secundarias. La robustez de la red trófica de Potter Cove estuvo mediada por la omnívoría y la redundancia, factores de gran relevancia en esta red. Al eliminar especies de mayor biomasa, se produjeron más extinciones secundarias; se observó una respuesta similar al eliminar especies más conectadas; sin embargo, no se observó correlación entre especies de mayor biomasa y especies de alto grado. Esta similitud podría explicarse porque ambos criterios involucraron especies clave que produjeron un efecto emergente en la red trófica. De esta manera, las especies de gran biomasa y alto grado podrían actuar como fuente de especies con pocas interacciones tróficas o baja redundancia. Con base en este trabajo, prevemos que la red trófica de Potter Cove será robusta a los cambios en las especies de macroalgas causados ??por el cambio climático hasta que se alcance un umbral de estrés elevado, momento en el que se prevé que los efectos negativos se extiendan a toda la red trófica, provocando su colapso.
Antarctica is seriously affected by climate change, particularly at the Western Antarctic Peninsula (WAP) where a rapid regional warming is observed. Potter Cove is a WAP fjord at Shetland Islands that constitutes a biodiversity hotspot where over the last years, Potter Cove annual air temperatures averages increased by 0.66?C, coastal glaciers declined, and suspended particulate matter increased due to ice melting. Macroalgae are the main energy source for all consumers and detritivores of Potter Cove. Some effects of climate change favor pioneer macroalgae species that exploit new ice-free areas and can also decline rates of photosynthesis and intensify competition between species due to the increase of suspended particulate matter. In this study, we evaluated possible consequences of climate change at Potter Cove food web by simulating the extinction of macroalgae and detritus using a topological approach with thresholds of extinction. Thresholds represent the minimum number of incoming links necessary for species? survival. When we simulated the extinctions of macroalgae species at random, a threshold of extinction beyond 50% was necessary to obtain a significant number of secondary extinctions, while with a 75% threshold a real collapse of the food web occurred. Our results indicate that Potter Cove food web is relative robust to macroalgae extinction. This is dramatically different from what has been found in other food webs, where the reduction of 10% in prey intake caused a disproportionate increase of secondary extinctions. Robustness of the Potter Cove food web was mediated by omnivory and redundancy, which had an important relevance in this food web. When we eliminated larger-biomass species more secondary extinctions occurred, a similarresponse was observed when more connected species were deleted, yet there was nocorrelation between species of larger-biomass and high-degree. This similarity could be explained because both criteria involved key species that produced an emerging effect on the food web. In this way, large-biomass and high-degree species could be acting as source for species with few trophic interactions or low redundancy. Based on this work, we expect the Potter Cove food web to be robust to changes in macroalgae species caused by climate change until a high threshold of stress is reached, and then negative effects are expected to spread through the entire food web leading to its collapse.
A Antártida é seriamente afetada pelas mudanças climáticas, particularmente na Península Antártica Ocidental (WAP), onde um rápido aquecimento regional é observado. Potter Cove é um fiorde WAP nas Ilhas Shetland que constitui um hotspot de biodiversidade onde, nos últimos anos, as temperaturas médias anuais do ar de Potter Cove aumentaram em 0,66?C, as geleiras costeiras diminuíram e o material particulado em suspensão aumentou devido ao derretimento do gelo. As macroalgas são a principal fonte de energia para todos os consumidores e detritívoros de Potter Cove. Alguns efeitos das mudanças climáticas favorecem espécies pioneiras de macroalgas que exploram novas áreas livres de gelo e também podem diminuir as taxas de fotossíntese e intensificar a competição entre espécies devido ao aumento do material particulado em suspensão. Neste estudo, avaliamos as possíveis consequências das mudanças climáticas na teia alimentar de Potter Cove simulando a extinção de macroalgas e detritos usando uma abordagem topológica com limiares de extinção. Os limiares representam o número mínimo de ligações de entrada necessárias para a sobrevivência das espécies. Quando simulamos as extinções de espécies de macroalgas aleatoriamente, um limiar de extinção acima de 50% foi necessário para obter um número significativo de extinções secundárias, enquanto com um limiar de 75% ocorreu um colapso real da teia alimentar. Nossos resultados indicam que a teia alimentar de Potter Cove é relativamente robusta à extinção de macroalgas. Isso é dramaticamente diferente do que foi encontrado em outras teias alimentares, onde a redução de 10% na ingestão de presas causou um aumento desproporcional de extinções secundárias. A robustez da teia alimentar de Potter Cove foi mediada pela onivoria e redundância, que tiveram uma relevância importante nesta teia alimentar. Quando eliminamos espécies de maior biomassa, mais extinções secundárias ocorreram; uma resposta semelhante foi observada quando espécies mais conectadas foram excluídas, mas não houve correlação entre espécies de maior biomassa e alto grau. Essa similaridade pode ser explicada porque ambos os critérios envolveram espécies-chave que produziram um efeito emergente na teia alimentar. Dessa forma, espécies com grande biomassa e alto grau de degradação podem atuar como fonte para espécies com poucas interações tróficas ou baixa redundância. Com base neste trabalho, esperamos que a teia alimentar de Potter Cove seja robusta a mudanças nas espécies de macroalgas causadas pelas mudanças climáticas até que um alto limiar de estresse seja atingido, quando então se espera que os efeitos negativos se espalhem por toda a teia alimentar, levando ao seu colapso.