Causas da organização das comunidades fitoplanctônicas e do crescimento de cianobactérias

Abstract

Resumo: A dominância de Cianobactérias na comunidade do fitoplâncton depende de um conjunto de fatores reguladores do seu crescimento. Determinar os gatilhos que promovem o crescimento de Cianobactérias e entender as causas da variação da diversidade fitoplanctônica são fundamentais para evitar a deterioração ambiental que as florações podem causar. Nesse sentido, no capítulo 1, os efeitos do enriquecimento por nutrientes no crescimento de Cianobactérias e produção de cianotoxinas foi sistematizado em uma meta-análise. O objetivo foi explicar a variação entre estudos usando a identidade das espécies, grupos de Cianobactérias, região do globo, abordagem de estudo, forma de N e P e tipo de toxina como moderadores. Os efeitos do enriquecimento por nutrientes no crescimento de Cianobactérias, principalmente observado em estudos experimentais, são maiores considerando adições de P, em região temperada e para Cianobactérias heterocitadas como algumas espécies pertencentes a ordem Nostocales. A produção de metabólitos secundários é melhor explicada pelos mesmos preditores. Nossos resultados sugerem atividades práticas para controlar nutrientes em ecossistemas aquáticos: a produção de toxinas é principalmente relacionada a nutrientes dissolvidos. Além disso, Cianobactérias heterocitadas e homocitadas foram aquelas que tiveram as maiores produções de toxinas em resposta ao enriquecimento por nutrientes, sugerindo precaução particular com relação a esse grupo. Nos capítulos 2 e 3, dados de 17 reservatórios paranaenses amostrados sazonalmente durante oito anos foram utilizados. No capítulo 2, a variação temporal da diversidade beta do fitoplâncton e seus componentes e a estrutura das metacomunidades fitoplanctônicas foram analisadas. A variação foi modelada em relação as condições climáticas, heterogeneidade ambiental, produtividade e/ou dominância de Cianobactérias. Não foram encontradas evidências de homogeneização do fitoplâncton. A heterogeneidade ambiental foi o principal responsável pela manutenção da diversidade, enquanto a eutrofização foi responsável pela redução. A estrutura das comunidades foi anualmente variável, enfatizando a complexidade da organização do fitoplâncton. O objetivo do capítulo 3 foi determinar os preditores ambientas que geram a composição de espécies e grupos funcionais do fitoplâncton nesses reservatórios através de partição da variância. A variação temporal da fração ambiental foi modelada em relação a heterogeneidade ambiental, riqueza de espécies, dominância de Cianobactérias e produtividade. O determinismo ambiental das espécies e grupos funcionais do fitoplâncton foi muito variável temporalmente e dependente do grupo funcional estudado, enfatizando a importância de estudos temporalmente replicados e que utilizem caracteres funcionais para entender as causas da estruturação das metacomunidades. Palavras-chave: Fitoplâncton, diversidade beta, meta-análise, metacomunidade, determinismo ambiental, variação temporal.

Abstract: Cyanobacterial dominance in the phytoplankton community depends on a set of drivers of its growth. Determine the triggers that promote Cyanobacterial growth and understand the causes of variation in phytoplankton diversity are fundamental to avoid the environmental deterioration caused by blooms. In this sense, in Chapter 1 the effects of nutrient enrichment on Cyanobacterial growth and cyanotoxins production were systematized in a meta-analysis. Our aim was to explain the variation among studies using species identity, Cyanobacterial groups, region of the globe, study approach, N and P form, and toxin type as moderators. The effects of nutrients enrichment on Cyanobacterial growth, mainly observed in experiments, are higher considering P addition, mainly in temperate regions and for heterocyted Cyanobacteria like some belonging to Nostocales order. Production of metabolites is better explained by the same predictors. Our results suggest practical actions to control nutrients in aquatic ecosystems: toxins production is mainly related to dissolved nutrients. Also, heterocyted and homocyted cyanobacterium were those that had highest production of toxins in response to nutrient enrichment, suggesting caution particularly to those groups. In chapters 2 and 3, data taken seasonally for eight years from 17 reservoirs in Paraná state were used. In chapter 2, temporal variation of phytoplankton beta diversity and its components and the structure of phytoplankton metacommunities were analyzed. The variation was modeled in relation to climatic conditions, environmental heterogeneity, productivity and/or Cyanobacteria dominance. No evidence of phytoplankton homogenization was found. Environmental heterogeneity was the main responsible for maintaining diversity, while eutrophication was responsible for its reduction. Communities structure was yearly variable, highlighting the complexity of phytoplankton organization. Our aim in chapter 3 was to determine the environmental predictors that generate the composition of phytoplankton species and functional groups in these reservoirs by partitioning the variance. Temporal variation of the environmental fraction was modeled in relation to environmental heterogeneity, species richness, Cyanobacterial dominance and productivity. The environmental determinism of phytoplankton species and functional groups was highly variable and dependent on the functional group analyzed, emphasizing the importance of temporally replicated studies and using functional traits to understand the causes of metacommunity structuring. Key-words: Phytoplankton, beta diversity, meta-analysis, metacommunity, environmental determinism, temporal variation.