Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean

Memoria de tesis doctoral presentada por Marta Masdeu-Navarro para obtener el título de Doctora en Ciències del Mar por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), realizada bajo la dirección del Dr. Rafel Simó del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC).-- 242 pages

Detalhes bibliográficos
Autor: Masdeu Navarro, Marta
Formato: tesis doctoral
Fecha de publicación:2024
País:España
Recursos:Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
Repositorio:DIGITAL.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
OAI Identifier:oai:digital.csic.es:10261/360400
Acesso em linha:http://hdl.handle.net/10261/360400
Access Level:acceso abierto
Palavra-chave:http://metadata.un.org/sdg/14
Conserve and sustainably use the oceans, seas and marine resources for sustainable development
id ES_c9fc1985ebfb6979cb7366d15165ac2e
oai_identifier_str oai:digital.csic.es:10261/360400
network_acronym_str ES
network_name_str España
repository_id_str
dc.title.none.fl_str_mv Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
Distribució i cicle de compostos orgànics volàtils en un escull de corall tropical i l'oceà contigu
title Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
spellingShingle Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
Masdeu Navarro, Marta
http://metadata.un.org/sdg/14
Conserve and sustainably use the oceans, seas and marine resources for sustainable development
title_short Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
title_full Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
title_fullStr Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
title_full_unstemmed Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
title_sort Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent ocean
dc.creator.none.fl_str_mv Masdeu Navarro, Marta
author Masdeu Navarro, Marta
author_facet Masdeu Navarro, Marta
author_role author
dc.contributor.none.fl_str_mv Simó, Rafel
Ministerio de Economía y Competitividad (España)
European Commission
Agencia Estatal de Investigación (España)
Consejo Superior de Investigaciones Científicas [https://ror.org/02gfc7t72]
dc.subject.none.fl_str_mv http://metadata.un.org/sdg/14
Conserve and sustainably use the oceans, seas and marine resources for sustainable development
topic http://metadata.un.org/sdg/14
Conserve and sustainably use the oceans, seas and marine resources for sustainable development
description Memoria de tesis doctoral presentada por Marta Masdeu-Navarro para obtener el título de Doctora en Ciències del Mar por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), realizada bajo la dirección del Dr. Rafel Simó del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC).-- 242 pages
publishDate 2024
dc.date.none.fl_str_mv 2024
2024
2024
dc.type.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
http://purl.org/coar/resource_type/c_db06
format doctoralThesis
dc.identifier.none.fl_str_mv http://hdl.handle.net/10261/360400
url http://hdl.handle.net/10261/360400
dc.language.none.fl_str_mv Inglés
language_invalid_str_mv Inglés
dc.relation.none.fl_str_mv #PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#
info:eu-repo/grantAgreement/MINECO//CTM2016-81008-R
info:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/834162
Sí
dc.rights.none.fl_str_mv info:eu-repo/semantics/openAccess
eu_rights_str_mv openAccess
dc.publisher.none.fl_str_mv CSIC - Instituto de Ciencias del Mar (ICM)
Universidad Politécnica de Cataluña
publisher.none.fl_str_mv CSIC - Instituto de Ciencias del Mar (ICM)
Universidad Politécnica de Cataluña
dc.source.none.fl_str_mv reponame:DIGITAL.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
instname:Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
instname_str Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)
reponame_str DIGITAL.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
collection DIGITAL.CSIC. Repositorio Institucional del CSIC
repository.name.fl_str_mv
repository.mail.fl_str_mv
_version_ 1869419439474081792
spelling Distribution and cycling of volatile organic compounds in a tropical coral reef and the adjacent oceanDistribució i cicle de compostos orgànics volàtils en un escull de corall tropical i l'oceà contiguMasdeu Navarro, Martahttp://metadata.un.org/sdg/14Conserve and sustainably use the oceans, seas and marine resources for sustainable developmentMemoria de tesis doctoral presentada por Marta Masdeu-Navarro para obtener el título de Doctora en Ciències del Mar por la Universitat Politècnica de Catalunya (UPC), realizada bajo la dirección del Dr. Rafel Simó del Institut de Ciències del Mar (ICM-CSIC).-- 242 pages[EN] Since Lovelock and Margulis introduced the Gaia theory in 1974, much progress has been made in the understanding of how the Earth has the ability to self-regulate. In 1987, Charlson et al. proposed that the emission of dimethylsulfide (DMS) by marine algae could impact local climate through the formation of aerosols and their influence on cloud formation. Over time it has been seen that not only DMS can have effects on the climate, but also other volatile organic compounds (VOCS) such as isoprene and iodomethans play a similar role in the formation of tropospheric aerosols, other sulfur-containing volatiles play a role in the formation of stratospheric aerosols, and bromomethans affect the reactivity of the atmosphere. In marine ecosystems, VOCs fulfill various functions, such as being part of defense strategies, protection against oxidative stress, or communication. In recent years it has been shown that coral reefs are producers of VOCs, but the entire collection of volatiles and the formation processes of many of these compounds within the reef remain to be described, as well as whether these processes are essentially biological (pelagic and benthic) or abiotic (driven by solar radiation and water temperature). To this aim, in this thesis we have studied the VOCs in the internal and external waters of the Mo'orea coral reef, in French Polynesia. This is a well-preserved reef, which is characterized by a virtual unidirectional flow of water and with strong currents, so that it allows to study the connection between the incoming waters, from the open ocean, and the inland waters, influenced by the components and processes of the reef. We have described the spatial and temporal variability of a series of VOCs with climate interest (COS, CS2, isoprene, iodometans (CH3I and CH2ClI), bromometans (CHBr3 and CH2BR2 ) a n d DMS) , a n d n o n - v o l a t i l e re l a t e d c ompo u nds , s u c h a s dimethillefoniopropidated (DMSP), acrylate and dimethylphoxide (DMSO), within lagoon waters and nearby ocean waters. We also made comparisons with concurrent measurements of sea surface temperature, solar radiation, biogeochemical variables (nutrients, organic matter) and the taxonomic abundances and affiliations of the microbial microbial plankton in order to explain the interconnections between DMSP-derived compounds(DMSPC), VOCs and their environment through day/night cycles. The concentration of all the studied VOCs increased when water crossed the reef crest, with the bromomethans being the compounds that showed a greater increase. Incubation experiments with inner-reef waters around midday indicated that (a) photochemical reactions were the main source of COS and the main sink of DMS; (b) microbial plankton was the main source of DMS, isoprene and CH3I, and a major sink of COS; (c) algae were the main source of the polyhalomethanes CH2ClI, CHBr3 and CH2Br2; (d) carbonate sediments were a major source of CS2 and CH2ClI, DMS and isoprene, and the main COS loss. The dominant coral holobiont (Pocillopora sp.) was a source of only DMS and COS. Another studied coral (Acropora pulchra) was an important source of DMSPC, whose concentration near the polyps was parallel to the intensity of sunlight, with large increases during the day and decreases at night. This variation was probably generated by (i) the role of DMSPC as antioxidants for endosymbiotic Symbiodinoceae and for the coral itself, and (ii) the expulsion of endosymbionts under very high solar radiation intensities, as suggested by the molecular description of the microbial community. The identification and quantification of functional genes by metagenomics indicated that the bacteria near the A. pulchra colony were well prepared for the use and transformation of the DMSPC released by coral holobiont. Furthermore, the detailed study of the short-distance gradients of VOCs concentrations between the branches of A. pulchra illustrated the hydrographic complexity that occurs within a branched coral colony. In the deep, transparent and oligotrophic waters os the adjacent open ocean, VOCs were basically originated in planktonic activity but mainly regulated by light, with great importance of photochemical reactions that produced some compounds and destroyed others. In general, for a month, the reef was a net producer and net emitter of VOCs, compared to the open ocean. Using the most enriched VOCs in the reef, as well as nitrate and terrigenous dissolved organic matter, as tracers of reef waters that leave through the outflow channel, we estimated that 35% of the water that enters the reef across the crest is recirculated water of the same reef. This thesis advances our understanding about the production and cycling of VOCs in a tropical coral reef and its relationship with solar radiation[CAT] Des que Lovelock i Margulis van introduir la teoria de Gaia l'any 1974, s'ha avançat molt en la comprensió de com la Terra té la capacitat d'autoregular-se. El 1987, Charlson et al. va proposar que l'emissió de sulfur de dimetil (DMS) per les algues marines podria afectar el clima local per mitjà de la formació d'aerosols i la influència d'aquests en la formació de núvols. Amb el temps s'ha vist que no només el DMS pot tenir efectes en el clima sinó que també altres compostos orgànics volàtil (VOCs) com l'isoprè i els iodometans tenen un paper similar en la formació d'aerosols troposfèrics, altres volàtils de sofre tenen un paper en la formació d'aerosols estratosfèrics, i els bromometans afecten la reactivitat de l'atmosfera. En els ecosistemes marins, els VOCs compleixen diverses funcions, com la de formar part d'estratègies de defensa, de protecció contra l'estrès oxidatiu, o de comunicació. En els darrers anys s'ha mostrat que els esculls de corall són productors d'alguns VOCs, però encara queda per descriure tota la col·lecció de volàtils i quins són els processos de formació de molts d'aquests compostos dins de l'escull, si són essencialment biològics (pelàgics i bentònics) o abiòtics (governats per la radiació solar o la temperatura de l'aigua). És per això que en aquesta tesi hem estudiat els VOCs en les aigües internes i externes de l'escull de corall de Mo'orea, a la Polinèsia Francesa. Es tracta d'un escull ben conservat, que es caracteriza per un flux d'aigua pràcticament unidireccional i amb corrents forts, de manera que permet estudiar la connexió entre les aigües entrants, provinents de l'oceà obert, i les aigües interiors, influïdes pels components i processos de l’escull. Hem descrit la variabilitat espacial i temporal d'una sèrie de VOCs d'interès climàtic (COS, CS2, isoprè, iodometans (CH3I i CH2ClI), bromometans (CHBr3 i CH2Br2) i DMS), i compostos relacionats no volàtils, com ara dimetilsulfoniopropionat (DMSP), acrilat i dimetilsulfòxid (DMSO), dins de les aigües de la llacuna i les aigües oceàniques properes. També hem realitzat comparacions amb mesures concurrents de la temperatura de la superfície del mar, la radiació solar, les variables biogeoquímiques (nutrients, matèria orgànica) i les abundàncies i afiliacions taxonòmiques del plàncton microbià amb l'objectiu d'explicar les interconnexions entre els compostos derivats del DMSP (DMSPC), els VOCs i el seu entorn a través dels cicles dia/nit. La concentració de tots els VOCs estudiats augmentava quan l'aigua de l'oceà entrava a l'interior del escull, sent els bromometans els compostos que mostraven un augment més gran. Experiments d'incubació amb aigües de l'interior de l'escull al voltant del migdia van indicar que (a) les reaccions fotoquímiques eren la principal font de COS i el principal embornal de DMS; (b) el plàncton microbià era la font principal de DMS, isoprè i CH3I, i un embornal important de COS; (c) les algues eren la font principal dels polihalometans CH2ClI, CHBr3 i CH2Br2; (d) els sediments de carbonat eren una font important de CS2 i CH2ClI, DMS i isoprè, i la principal pèrdua de COS. L'holobiont de corall dominant (Pocillopora sp.) era una font únicament de DMS i COS. Un altre corall estudiat (Acropora pulchra) era una font important de DMSPC, la concentració dels quals a prop dels pòlips era paral·lela a la intensitat de la llum solar, amb grans augments durant el dia i disminucions a la nit. Aquesta variació era probablement generada per (i) el paper dels DMSPC com a antioxidants en els Symbiodinoceae endosimbiòtics i en el mateix coral, i (ii) l'expulsió d'endosimbionts en condicions de molt elevada radiació solar, tal com suggeria la descripció molecular de la comunitat microbiana. La identificació i quantificació de gens funcional per metagenòmica van indicar que els bacteris propers a la colonia d'A. pulchra estaven ben preparats per a la utilització i transformació dels DMSPC alliberats pel corall holobiont. Per altra banda, l'estudi detallat dels gradients de concentració de VOCs a curta distància entre les branques d'A. pulchra va il·lustrar la complexitat hidrogràfica que té lloc a l'interior d'una colònia de corall ramificat. A l'oceà obert adjacent a l'escull, profund, transparent i oligotròfic, els VOCs tenien origen bàsicament en l'activitat planctònica però regulats de forma principal per la llum, amb gran importància de les reaccions fotoquímiques, productores d'alguns compostos i destructores d’altres. En general, durant un mes, l'escull era productor i emissor net de VOCs en comparació amb l'oceà obert. Utilitzant els VOCs més enriquits a l'escull, així com el nitrat i matèria orgànica terrígena dissolta, com a traçadors d'aigües de l'escull que en surten a través del canal de sortida, hem estimat que el 35% de l'aigua que entra a l'escull per la cresta és aigua recirculada del mateix escull. En conjunt, aquesta tesi avança en la comprensió de la producció i reciclatge de VOCs en un escull de corall tropical i la seva relació amb la radiació solarThe author was supported by a FPI fellowship (2018-2023). The research work presented in this thesis was funded by the projects BIOGAPS (CTM2016–81008–R) supported by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness (MINECO), and SUMMIT funded by the European Research Council (ERC) Advanced Grant #834162 of the Horizon 2020 Program of the European UnionWith the institutional support of the ‘Severo Ochoa Centre of Excellence’ accreditation (CEX2019-000928-S)Peer reviewedCSIC - Instituto de Ciencias del Mar (ICM)Universidad Politécnica de CataluñaSimó, RafelMinisterio de Economía y Competitividad (España)European CommissionAgencia Estatal de Investigación (España)Consejo Superior de Investigaciones Científicas [https://ror.org/02gfc7t72]202420242024info:eu-repo/semantics/doctoralThesishttp://purl.org/coar/resource_type/c_db06http://hdl.handle.net/10261/360400reponame:DIGITAL.CSIC. Repositorio Institucional del CSICinstname:Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC)Inglés#PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE##PLACEHOLDER_PARENT_METADATA_VALUE#info:eu-repo/grantAgreement/MINECO//CTM2016-81008-Rinfo:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/834162Síinfo:eu-repo/semantics/openAccessoai:digital.csic.es:10261/3604002026-05-22T06:33:51Z
score 15,811543

Registos relacionados