Revista Chilena de Historia Natural (Jun 2001)
Ecophysiology of Antarctic macroalgae: effects of environmental light conditions on photosynthetic metabolism Ecofisiología de macroalgas marinas antárticas: efectos de las condiciones de luz sobre el metabolismo fotosintético
Abstract
Daylength is the major environmental factor affecting the seasonal photosynthetic performance of Antarctic macroalgae. For example, the "season anticipation" strategy of large brown algae such as Ascoseira mirabilis and Desmarestia menziesii are based on the ability of their photosynthetic apparatus to make use of the available irradiance at increasing daylengths in late winter-spring. The seasonal development and allocation of biomass along the lamina of A. mirabilis are related to a differential physiological activity in the plant. Thus, intra-thallus differentiation in O2-based photosynthesis and carbon fixation represents a morpho-functional adaptation that optimizes conversion of radiant energy to primary productivity. In Desmarestia menziesii, reproductive phases show different photosynthetic characteristics. Small gametophytes and early stages of sporophytes, by virtue of their fine morphology, have a high content of pigments per weight unit, a high photosynthetic efficiency, very low light requirements for photosynthesis, and they are better suited to dim light conditions than adult sporophytes. This strategy ensures the completion of the life-cycle under seasonally changing light conditions. Low light requirements for growing and photosynthesizing are developed to cope with Antarctic seasonality and constitute adaptations to expand depth zonation of macroalgae. No differences in net Pmax and photosynthetic efficiency (a) among algae growing at depths between 10 and 30 m, suggest a low potential for photoacclimation enabling algae to grow over a wide range of prevailing light conditions. However, shortenings in the daily period during which plants are exposed to saturation irradiances for photosynthesis (Hsat) and low carbon balance (daily P/R ratios) at depths close to or larger than 30 m negatively affect primary productivity. In general, photosynthetic rates of Antarctic macroalgae at 0 °C are comparable to those measured in species from temperate and cold-temperate regions. This clearly indicates a major physiological adaptation to the polar environmentLas variación estacional en la duración del día en los ambientes polares es el principal factor ambiental que regula la actividad fotosintética de las algas marinas. El aparato fotosintético de especies de algas pardas tales como Ascoseira mirabilis o Desmarestia menziesii, pertenecientes al grupo denominado "season anticipators", posee la habilidad de usar la radiación solar incidente durante el período de aumento de horas diarias de luz en el invierno tardío y primavera. El desarrollo estacional y la distribución de biomasa en el talo afectan también la actividad fisiológica de estas algas. De este modo, la diferenciación de la capacidad para fotosintetizar (medida como evolución de oxígeno y fijación de carbono) a través de la planta representa una adaptación morfo-funcional que optimiza la conversión de energía lumínica en producción primaria. En Desmarestia menziesii, las fases reproductivas tienen diferentes características fotosintéticas. Las micro-fases, gametofitos y estadíos tempranos de los esporofitos están mejor adaptados para usar niveles más bajos de luz que las plantas adultas (esporofitos), básicamente debido a un mayor contenido de pigmentos por unidad de biomasa, mayor eficiencia fotosintética y muy bajos requerimientos de luz para fotosíntesis. Esta estrategia asegura la consumación del ciclo de vida bajo condiciones variables de luminosidad. Las bajas demandas de luz para crecimiento y fotosíntesis no sólo posibilitan la supervivencia de macroalgas en escenarios lumínicos estacionalmente cambiantes, sino que paralelamente les permite expandir sus límites de distribución en profundidad. La inexistencia de diferencias en capacidad fotosintética máxima (Pmax) y eficiencia fotosintética (a) de poblaciones de una misma especie habitando diferentes profundidades (entre 10 y 30 m) sugiere una baja fotoaclimatación, lo cual permitiría a estas especies ocupar amplios nichos lumínicos. Cuando disminuye el número de horas del día durante las cuales las plantas se encuentran lumínicamente saturadas (Hsat) y un bajo balance de carbono derivado de un bajo cuociente entre fotosíntesis versus respiración a profundidades cercanas a 30 m, la producción primaria puede ser limitada afectando la superviviencia. En general, las tasas fotosintéticas de algas antárticas medidas a 0 ºC son comparables a los valores de producción primaria medidos en algas de regiones templadas, indicando una considerable adaptación al ambiente polar
