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Ocean warming and acidification synergistically increase coral mortality

An experiment performed at CO2 vents in the Mediterranean Sea shows, for the first time in the field, the synergistic adverse effect of seawater warming and acidification on coral mortality. An acidified and warmer ocean will likely reduce the environmental and socioeconomic benefits of ecosystems reliant on calcifying organisms.
Increasing seawater temperature exacerbates the negative effect of increasing acidity on mortality rates of Mediterranean corals

Authors: F. Prada, E. Caroselli, S. Mengoli, L. Brizi, P. Fantazzini, B. Capaccioni, L. Pasquini, K. E. Fabricius, Z. Dubinsky, G. Falini, S. Goffredo

DIFA authors: L. Brizi, P. Fantazzini, L. Pasquini

Periodical: Scientific Report, 7 (2017) 40842 | DOI: 10.1038/srep40842

This study has been recently published on Scientific Reports, a Journal of the Nature group, by an interdisciplinary research team composed by members of four Departments of the University of Bologna (DIFA, BiGeA, CHIM, and Finance Management), as part of an international collaboration.

Rising atmospheric CO2 is responsible for global warming and increasing ocean acidity, posing a major threat to marine species that generate and accumulate calcium carbonate structures, such as corals. The Mediterranean basin represents a natural laboratory for investigating climate change and its effects. High temperatures have already caused several mass mortality events in the Mediterranean Sea. The study was conducted on three Mediterranean coral species transplanted, in different seasonal periods, along a natural acidity gradient created by volcanic CO2 emission off the Island of Panarea. Two species were solitary corals (a, b) and one colonial (c). One solitary species (a) lives in symbiosis with unicellular algae called zooxanthellae and therefore gain energy not only from plankton predation but also from zooxanthellae photosynthesis, the second solitary (b) and the colonial species (c) do not live in symbiosis with algae and get energy only from plankton capture.

Regression analysis through non-linear functions for mortality rate, against the two predictors acidity and temperature, provided good fits to the models, with high statistical significance for all the three species. The results show that, in all the analyzed species, increasing temperature exacerbates the negative effect of increasing acidity on mortality rates. This study indicates that calcifying organisms may be more vulnerable to the effects of ocean acidification with increasing temperature. Thus, the combined warming and acidifying conditions predicted in the coming decades will likely be detrimental to important components of shallow water ecosystems. Moreover, the study has shown that increasing acidity and temperature did not affect growth of the symbiotic species, while the two non-symbiotic species significantly decreased their growth rates under enhanced seawater warming and acidification. The results confirm the prediction that in the near future an acidified and warmer ocean will likely impact marine biodiversity with implications on environmental and socioeconomic benefits of ecosystems reliant on calcifying organisms.

This research was funded by the ERC under the EU FP7 grant agreement n° [249930-CoralWarm: Corals and global warming: the Mediterranean versus the Red Sea].

Il riscaldamento e l’acidificazione degli oceani aumentano in modo sinergico la mortalità dei coralli

Uno studio condotto presso un cratere sottomarino con emissioni di CO2 mostra, per la prima volta “in campo”, l’impatto sinergico di riscaldamento e acidificazione sulla mortalità dei coralli. Un oceano più caldo e più acido ridurrà probabilmente i benefici ambientali e socioeconomici degli ecosistemi dipendenti dagli organismi calcificanti.

L’articolo, pubblicato recentemente su Scientific Reports, rivista del gruppo Nature, è il risultato di un team interdisciplinare composto da membri di quattro Dipartimenti di Unibo (DIFA, BiGeA, CHIM, e Dipartimento di Scienze Aziendali), che partecipano ad una collaborazione internazionale.

L’aumento di concentrazione atmosferica di CO2 è responsabile del riscaldamento globale e dell’aumento di acidità degli oceani, determinando una grande minaccia per le specie marine che generano e accumulano strutture carbonatiche. Il bacino mediterraneo rappresenta un laboratorio naturale per lo studio dei cambiamenti climatici e dei loro effetti. Temperature elevate hanno già causato diversi episodi di mortalità di massa nel Mediterraneo. Lo studio è stato condotto su tre specie di coralli mediterranei trapiantati, in diverse stagioni dell’anno, lungo un gradiente di acidità creato da emissioni di CO2 al largo dell’isola di Panarea. Due specie (a e b) erano coralli solitari ed una (c) coloniale. Una specie solitaria (a) vive in simbiosi con alghe unicellulari e pertanto trae energia non solo dal plancton, ma anche dalla fotosintesi. La seconda specie solitaria (b) e quella coloniale (c) non vivono in simbiosi con le alghe unicellulari e quindi si alimentano solo dal plancton.

Modelli non lineari permettono di descrivere con alta significatività statistica l’aumento di mortalità in funzione dell’aumento di acidità e temperatura per le tre specie. I risultati mostrano che l’aumento di temperatura aggrava l’effetto negativo dell’aumento di acidità. Lo studio indica che gli organismi calcificanti possono essere più vulnerabili all’acidificazione se la temperatura dell’acqua aumenta. Pertanto, l’aumento combinato di temperatura e acidità previsto per i prossimi decenni sarà probabilmente di grande impatto su importanti componenti degli ecosistemi marini delle acque poco profonde. Lo studio ha inoltre dimostrato che l’aumento di acidità e di temperatura influisce sulla capacità di crescita delle specie a-simbiotiche, mentre non ha effetto su quella della specie simbiotica. Questo risultato conferma la previsione che nel prossimo futuro gli oceani più caldi e più acidi avranno una pesante influenza sulla biodiversità marina con impatto sui benefici ambientali e socioeconomici degli ecosistemi che dipendono dagli organismi calcificanti.

Questa ricerca è stata finanziata da ERC mediante  EU FP7 grant n° [249930-CoralWarm: Corals and global warming: the Mediterranean versus the Red Sea].