Chimeric kelp resilience under simulated climate change: effect of temperature and pH stress on the growth and photosynthetic efficiency in Lessonia berteroana y Lessonia spicata

Abstract

El cambio climático, resultado del aumento antropogénico de CO2 atmosférico, ha generado la acidificación y calentamiento de las aguas marinas. Esto lleva a la reducción de especies fundadoras como los bosques de macroalgas pardas o kelps, lo que a su vez disminuye la diversidad de organismos asociados y afecta las interacciones ecológicas así como el funcionamiento de los ecosistemas. En este contexto, la diversidad genética es crítico en incrementar la capacidad de adaptación de las especies frente a los cambios ambientales, confiriéndoles mayor resiliencia a las especies. Una fuente de diversidad genética natural en kelps es el aumento de la variación genética intraorganismo producto de la fusión de sus discos basales, lo que genera un individuo quimérico con mayor crecimiento y tolerancia a incrementos de la temperatura en comparación con individuos unigenéticos. Sin embargo, se desconoce qué otras variables fisiológicas como el rendimiento cuántico máximo podría verse mejorado al aumentar la variación genética intraorganismo y cómo le confiere una mayor resiliencia a kelps quiméricos ante el cambio climático simulado. En este contexto, este estudio evaluó y comparó si las plántulas quiméricas en los kelps Lessonia berteroana y Lessonia spicata exhiben mayor tolerancia y versatilidad morfológica y fisiológica frente a la acidificación y el aumento de la temperatura como variables ambientales estresantes asociadas al cambio climático. Adicionalmente, se evaluó si el tipo de quimeras afecta la resiliencia, cuantificando la respuesta de ellas al aumentar el número de individuos que la componen. Para ello, se sometieron a plántulas unigenéticas y quiméricas con distintas combinaciones, a estrés térmico y de acidez de agua de mar, simulando las condiciones pronosticadas para el año 2050 y 2100. Los resultados obtenidos nos permitieron confirmar que el quimerismo y la diversidad genética intraorganismo proporcionan ventajas adaptativas a los kelps en términos de crecimiento y rendimiento cuántico máximo en condiciones de cultivo. Así, este estudio contribuye a comprender el impacto del cambio climático en los kelps y resaltar la importancia de la diversidad genética en su supervivencia y resiliencia, lo que tendrá implicaciones significativas para la conservación y manejo de estos ecosistemas marinos frente a los desafíos futuros.

Climate change, resulting from anthropogenic increases in atmospheric CO2, has led to the acidification and warming of marine waters. This results in the reduction of foundational species such as brown macroalgae forests or kelps, which in turn decreases the diversity of associated organisms and affects ecological interactions as well as ecosystem functioning. In this context, genetic diversity plays a crucial role in increasing the adaptive capacity of species to environmental changes, providing them with greater resilience. One source of natural genetic diversity in kelps is the increase in intraorganism genetic variation resulting from the fusion of their basal discs, which generates a chimeric individual with greater growth and tolerance to temperature increases compared to unigenetic individuals. However, it is unknown what other physiological variables, such as maximum quantum yield, could be improved by increasing intraorganism genetic variation and how it confers greater resilience to chimeric kelps under simulated climate change. In this context, this study evaluated and compared whether chimeric juvenile sporophyte in the kelps Lessonia berteroana and Lessonia spicata exhibit greater tolerance and morphological and physiological versatility in the response to acidification and temperature increases as environmental stressors associated with climate change. Additionally, the study evaluated whether the type of chimeras affects resilience by quantifying their response to an increasing number of individuals composing them. To do this, unigenetic and chimeric juvenile sporophyte with different combinations were subjected to thermal and seawater acidity stress, simulating the predicted conditions for the years 2050 and 2100. The results obtained allowed us to confirm that chimerism and intraorganism genetic diversity provide adaptive advantages to kelps in terms of growth and maximum quantum yield under cultivation conditions. Thus, this study contributes to understanding the impact of climate change on kelps and highlights the importance of genetic diversity in their survival and resilience, which will have significant implications for the conservation and management of these marine ecosystems in the face of future challenges.