Unexpected results from direct measurement, with a torsion microbalance in a closed system, of calcification rates of the coral Agaricia agaricites (Scleractinia Agariicidae) and concomitant changes in seawater pH

• Ian M. Sandeman ^[1]
  1. [1] Trent University

     Trent University

     Canadá

     
• Localización: Revista de Biología Tropical, ISSN 0034-7744, Vol. 62, Nº. Extra 3, 2014, págs. 25-38
• Idioma: inglés
• Títulos paralelos:
  • Resultados inesperados de medición directa, con una microbalanza de torsión en un sistema cerrado, de las tasas de calcificación de los corales Agaricia agaricites (Scleractinia: Agariicidae) y concomitantes cambios de pH en el medio del mar
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  • español

    La acidificación del océano está impactando la calcificación de los corales, pero los mecanismos de la calcificación son aún inciertos. Para explorar la relación entre la calcificación y pH, pequeños trozos de coral fueron suspendidos en una microbalanza de torsión en agitado suave, temperatura controlada, y agua de mar en una cámara cerrada. La tasa de calcificación neta y el pH se monitorearon continuamente mientras que la luz, temperatura o pH podían ser manipulados. Las piezas de coral eran de los bordes de placas finas de Agaricia agaricites y se estudiaron vivos y recién colectados. Inesperadamente, cuando la calcificación (n= 9, 0.082 mg.hr-1.cm-2) se estaba dando, según lo determinado por el aumento de peso, el pH del agua de mar circundante cambió poco (n = 10,-0.0047 pH units.hr-1.cm-2). Durante los períodos cuando la calcificación no se estaba dando la disminución del pH del agua de mar era un orden de magnitud mayor, -0.013 pH units.hr-1.cm-2. Esto es exactamente lo contrario de lo que se espera cuando se forma carbonato de calcio (CaCO3). Del mismo modo un esqueleto recién colectado al inicio no mostró cambios de pH en el agua de mar aunque eran muy altas las tasas de ganancia de peso (hasta 1.0 mg hr-1.cm-2). Después de 10 horas, la tasa de deposición disminuyó hasta seguir una curva de crecimiento generalizada de Michaelis-Menten, el pH comenzó a disminuir drásticamente, lo que indica un aumento de CO2 en el agua de mar. Estos resultados inesperados pueden explicarse si el bicarbonato de calcio inestable (Ca(HCO³)2) se forma en la superficie de la anhidrasa carbónica/matriz orgánica y lentamente se transforma más tarde a CaCO3. Piezas de coral vivo vigiladas en la cámara durante 30 horas demostraron un patrón de ganancia de peso durante el día y de pérdida en la noche. La pérdida sería coherente con la transformación de la Ca (HCO3)2 a CaCO3 con el lanzamiento de CO2. La tasa de calcificación media de coral vivo fue mayor (n= 8, p= 0.0027) en luz alta (120 μmol.s-1.m-2) a 0.098 mg.hr-1.cm-2, en comparación con 0.063 mg.hr-1.cm-2 en condiciones de poca luz (12 μmol.s-1.m-2). Sin embargo, al mismo tiempo la tasa media de cambio de pH fue de -0.0076 bajo luz baja en comparación con -0.0030 bajo luz alta (n= 8, p= 0,0001). La diferencia puede explicarse porque el CO2 está siendo utilizado para la fotosíntesis por zooxantelas. La tasa de deposición de coral vivo no fue afectada por la adición de fosfato pero la tasa de ganancia de peso de los esqueletos recién colectados era fuertemente reforzada por fosfato. Estos resultados indican que la atención debe aplicarse en la aplicación de la técnica de alcalinidad anormal para la medición de la calcificación de los corales.

  • English

    Ocean acidification is impacting the calcification of corals, but the mechanisms of calcification are still unclear. To explore the relationship between calcification and pH, small pieces of coral were suspended from a torsion microbalance in gently stirred, temperature controlled, seawater in a closed chamber. Net calcification rate and pH were continuously monitored while light, temperature or pH could be manipulated. The coral pieces were from the edges of thin plates of Agaricia agaricites and were studied alive and freshly collected. Unexpectedly, when calcification was taking place (n=9, 0.082 mg.hr-1.cm-2), as determined by weight increase, the pH of the surrounding seawater medium changed little (n=10, -0.0047 pH units.hr-1.cm-2). When calcification was not taking place the decrease of seawater pH was an order of magnitude higher, -0.013 pH units.hr-1.cm-2. This is the opposite of what is expected when calcium carbonate (CaCO3) forms. Similarly, fresh skeleton initially showed no change of pH in the seawater medium although the rates of weight gain were high (upto 1.0 mg hr-1.cm-2). After 10 hours, as the rate of deposition decreased following a generalized Michaelis-Menten growth curve, the pH began to decrease dramatically indicating an increase of CO2 in the seawater. These unexpected results can be explained if unstable calcium bicarbonate (Ca(HCO³)2) is formed in the organic matrix/carbonic anhydrase surface and slowly transforms later to CaCO3. Pieces of living coral monitored in the chamber for 30 hours gained weight during the day and loss it at night. The loss would be consistent with the transformation of Ca(HCO³)2 to CaCO3 with the release of CO2. The mean calcification rate of live coral was greater (n=8, p=0.0027) in high light (120 μmol.s-1.m-2) at 0.098 mg.hr-1.cm-2, compared to 0.063 mg.hr-1.cm-2 in low light (12 μmol.s-1.m-2). However, at the same time the mean rate of pH change was -0.0076 under low light compared to -0.0030 under high light (n=8, p=0.0001). The difference can be explained by CO2 being used for photosynthesis by zooxanthellae. The deposition rate of live coral was not affected by the addition of phosphate but the rate of weight gain by the freshly collected skeleton was strongly enhanced by phosphate. These results indicate that care should be applied in the application of the alkalinity anomaly technique for the measurement of calcification in corals.