Semelhante a florestas em terra, a fonte mais importante de energia para os recifes de coral de águas rasas tropicais é a luz. Algas fotossintéticas, chamada zooxantela, vivem dentro dos tecidos dos corais construtores de recifes e fornecem oxigênio e produtos da fotossíntese, incluindo glicose e aminoácidos. Os corais, por sua vez, use esses produtos como fonte de energia para construir esqueletos de carbonato de cálcio e cultivar mais tecidos vivos. Outros organismos de recife ecologicamente importantes, como macroalgas e algas turfosas, dependem da luz para o crescimento e reprodução também, tornando a luz a força motriz por trás do crescimento e da produtividade geral dos ecossistemas dos recifes de coral.

Por esta razão, os cientistas dos recifes de coral estão interessados ​​em determinar a relação entre a produtividade primária e as diferentes condições de luz. Em um artigo publicado no mês passado por dois ecologistas de recifes de BIOS na revista científica PLoS ONE , a pesquisadora de pós-doutorado Yvonne Sawall e seu orientador, cientista associado Eric Hochberg, apresentam evidências de que os recifes otimizam suas capacidades fotossintéticas para as condições ambientais predominantes, como disponibilidade geral de luz, nutrientes, dióxido de carbono, e temperatura.

"Produção primária, ou a quantidade de fotossíntese ocorrendo, em última análise, determina a biomassa e o crescimento do recife, "Sawall disse." Isso significa que fazer medições precisas de produtividade é fundamental para compreender a função do recife. "

No passado, as medições da fotossíntese normalmente são feitas em um curto período de minutos a horas. Os resultados dessas medições, chamadas de curvas P-E instantâneas, Faça um gráfico da relação entre a produtividade primária e a quantidade de luz que entra no sistema (também chamada de irradiância). Em curtos períodos de tempo, esses gráficos produzem uma relação clássica em que a produtividade aumenta linearmente até um ponto (chamado de ponto de saturação) antes de se estabilizar, o que significa que os corais só podem aumentar sua fotossíntese até um certo nível de luz, após o qual nenhum aumento adicional é observado.

Contudo, Sawall e Hochberg pensam que medições de longo prazo são necessárias para medir com precisão a produtividade do recife.

"As curvas P-E tradicionais ignoram o fato de que as condições do céu e a disponibilidade de luz mudam ao longo de um único dia, bem como ao longo das estações e em diferentes locais ao redor do mundo, "Hochberg disse." Em última análise, essas limitações afetam como caracterizamos a capacidade de longo prazo de um recife de produtividade primária. "

Hochberg apontou que os cientistas terrestres há muito entenderam que as plantas podem ajustar seus níveis de pigmento fotossintético para melhor utilizar a longo prazo, campo de luz predominante. Na prática, isso significa que, embora os níveis de luz possam mudar significativamente em escalas de tempo curtas e em pequenas áreas, as plantas se adaptaram de tal forma que, na média, eles não absorvem mais luz do que podem usar. Dado que os recifes são compostos de organismos fotossintéticos, parecia provável que um relacionamento semelhante se manteria.

Para fins de investigação, Sawall e Hochberg primeiro obtiveram 52 curvas P-E instantâneas que representam uma ampla gama de organismos bentônicos (corais e algas) e comunidades (dominado por corais, turf alga dominado, e areia com microalgas), bem como as condições ambientais. Então, para calcular a irradiância diária (de longo prazo) representando diferentes intensidades de nuvens e durações de dias, eles reuniram mais de 900 curvas de disponibilidade de luz coletadas ao longo de um período de três anos pelos instrumentos do Serviço Meteorológico Nacional no Aeroporto Internacional L.F. Wade nas Bermudas.

Usando modelos de computador, a equipe integrou as curvas P-E instantâneas com as curvas de irradiância diárias, resultando em curvas P-E integradas no tempo que mostram a relação entre a fotossíntese e a disponibilidade de luz ao longo de um dia inteiro. Sem exceção, todas as curvas integradas no tempo modeladas mostraram que a fotossíntese em comunidades bentônicas de recifes de coral não atinge um ponto de saturação. Isso é, a fotossíntese pode saturar por um instante, mas a fotossíntese diária total não.

"Esses resultados indicam que organismos de recife, incluindo corais e algas, provavelmente otimizam a fotossíntese no mesmo grau que as plantas terrestres, na escala de um dia ou mais, "Sawall disse.

Do ponto de vista de um cientista de recife que tenta entender como funcionam os ecossistemas de recife, esses resultados apontam para a fotossíntese como um "integrador ecológico, "o que significa que as taxas fotossintéticas respondem a todos os estresses que um organismo enfrenta, incluindo temperatura, disponibilidade de luz, níveis de dióxido de carbono, e disponibilidade de nutrientes.

Em pesquisas subsequentes, Hochberg e Sawall estão explorando a relação entre a cor de um organismo e sua fotossíntese diária total. Esses dois parâmetros são determinados pelos níveis de pigmento de um organismo, e a pesquisa terrestre demonstrou que a fotossíntese pode ser prevista pela medição da cor expressa pelos pigmentos. Isso significa que um sistema de sensoriamento remoto, como o projeto COral Reef Airborne Laboratory (CORAL) de Hochberg, tem o potencial de estimar diretamente a produção primária do ecossistema sem a necessidade de medições in situ laboriosas da química da água. A produção primária é uma das métricas que os cientistas usam para medir a saúde do recife e a função do ecossistema. Estimativas precisas da produção primária são particularmente importantes para determinar como os recifes em todo o mundo estão sendo impactados pela mudança climática global.