Study of environmental and biological factors that affect larval survival in sessile coastal marine organisms

Abstract

La reproducció sexual és un procés biològic fonamental per a la majoria de les espècies vives, sent essencial per a la perpetuació de les espècies i assegurar-ne la diversitat genètica. En invertebrats sèssils marins, com corals i gorgònies, aquest tipus de reproducció, a més, permet la dispersió dels individus, el que facilita la colonització de noves àrees i assegurar el flux de gens entre poblacions. En general, la reproducció sexual es caracteritza per un alt cost energètic, la qual cosa implica que els organismes han de trobar un equilibri entre el creixement, la supervivència i la reproducció. La diferent assignació d’energia en la reproducció, la supervivència i el creixement es reflecteix en les diferents estratègies reproductives. Els invertebrats sèssils mostren dues estratègies reproductives principals: 1) la producció d'un gran nombre de petites larves, o 2) la producció de poques però grans larves. En aquest context, el nombre de larves pot influir en la quantitat d’energia invertida pels pares i per tant en la seva supervivència, mentre que la talla pot afectar a l’energia disponible/emmagatzemada en les larves i per tant a la supervivència de la descendència. La supervivència de les larves i la de les colònies parentals però, també pot dependre de la estratègia tròfica. En corals i gorgònies no simbiòtiques, l’adquisició d'energia deriva de la captura de matèria orgànica particulada en suspensió a la columna d'aigua, però la abundància d’aquest aliment pot presentar fluctuacions aleatòries. En les espècies simbiòtiques, el carboni autotròfic produït pels simbionts s'utilitza per cobrir la major part de les necessitats metabòliques de la colònia, no obstant, la seva obtenció està fortament relacionada amb la intensitat de la llum. Per tant, la combinació de autotròfia i heterotròfia (mixotrófica) és una forma de maximitzar l'adquisició de nutrients i l'èxit ecològic en ambients on la llum i la concentració de plàncton poden ser molt variables i sovint limitant. És important destacar que l'assignació energètica de la colònia a les larves també pot ser un punt clau per entendre el potencial de les noves generacions per colonitzar nous espais. Per tal d'entendre com el cost energètic de la reproducció afecta les diferents etapes del cicle de vida, la present tesi analitza la inversió energètica en la reproducció, els efectes d’aquesta inversió en la supervivència de les colònies parentals i la energia transferida a les larves, en tres espècies de gorgònies del Mar Mediterrani (Corallium rubrum, Eunicella singularis i Paramuricea clavata) d'acord amb la seva estratègia reproductiva i tròfica. Per a aquest objectiu, els mètodes clàssics (és a dir, la producció de gàmetes) es van combinar amb nous enfocaments bioquímics (és a dir, contingut de lípids i contingut i composició d’àcids grassos). És important destacar que a causa de la selecció de diferents estratègies tròfiques i reproductives, la present tesi representa un cas d’estudi que pot ser aplicat fàcilment en altres zones del món.

Sexual reproduction is one of the fundamental biological processes for most living species and it is essential for the perpetuation of the species and to ensure genetic diversity. In marine sessile invertebrates, such as corals and gorgonians, sexual reproduction is also important because it allows the dispersal of individuals, facilitating the colonization of new areas and ensuring the flux of genes among populations. In general, sexual reproduction is characterized by a high energetic cost, which implies that organisms reproducing sexually have to find a trade-off between growth, survival and reproduction. Different balances in the energetic investment in reproduction, survival and growth are reflected in the different reproductive strategies. Sessile invertebrates can display two main reproductive strategies: 1) the production of high numbers of small larvae, or 2) the production of few but large larvae. In this context, the number of larvae may influence parental energy reserves and thus, their survival, while the size may affect energy storage/availability in the larvae, and therefore, the offspring survival. However, the survival of both the larvae and the parental colony also depends on the nutritional condition. In non-symbiotic corals and gorgonians, the energy supply proceeds from the capture of particulate organic matter suspended in the water column, although its abundance can follow random fluctuations. In symbiotic species, autotrophic carbon produced by the symbionts is largely transferred to the colonies and used to cover most of their metabolic needs, but its availability is strongly related to light intensity. Therefore, combining autotrophy with heterotrophy (mixotrophy) is a way to maximize nutrient acquisition and ecological success in environments where light and plankton concentration can be very variable and often limiting. Significantly, the energy allocation from the maternal colony to the larvae may also be a key point to understanding the potential colonization by new generations. In order to understand how the energetic cost of reproduction affects the different stages of the life cycle, the present thesis analyses the energetic investment in reproduction, the effects of this investment on parental colonies and energy transfer to larvae in three gorgonian species of the Mediterranean Sea (Corallium rubrum, Eunicella singularis and Paramuricea clavata) according to their reproductive and trophic strategy. To this aim, classical methods (i.e. gamete production) were combined with new biochemical approaches (i.e. lipid content and FA content and composition). It is important to emphasize that due to the selection of different trophic and reproductive strategies, the present thesis represents a case study that is easily applicable to other areas of the world.