Effect of increased irradiance and thermal stress on the symbiosis of Symbiodinium microadriaticum and Tridacna gigas

Effet d'une irradiance croissante et d'un stress thermique sur la symbiose de Symbiodinium microadriaticum et Tridacna gigas

¹ Center for Tropical Marine Ecology, Fahrenheitsstraße 6, 28359 Bremen, Germany
² Institute for Marine Science, University of Kiel, Düsternbrooker Weg 20, 24105 Kiel, Germany

Received: 15 January 2001
Accepted: 28 November 2001

Abstract

The impetus for this study was the mass bleaching event of giant clams in 1997–1998 at several reefs in the Great Barrier Reef (GBR, Australia). From September until December 1999, the study investigated the effects of high light intensities and increased temperature accompanied by a nutrient limitation on the metabolism of Tridacna gigas, to test, if these environmental changes can induce bleaching. In a 50-day trial similar conditions of the mass bleaching event were imitated stressing clams, collected from Orpheus Island and Nelly Bay, by a two- to threefold light intensity and an increased temperature of 4–6 °C. The objectives of the experiments were to determine whether high light intensities can induce changes in chlorophyll content or alter zooxanthella cell sizes and populations in the tissue. After 50 days of exposure to high light intensity the mantle tissue of stressed clams exhibited a decreased number of zooxanthellae per unit area from 19.8 ± 0.8 (× 10⁷·cm^–2) to 0.2 ± 0.2 (× 10⁷·cm^–2) (mean ± CL). Additionally, the average cell size of zooxanthellae were downsized from 7.4 ± 0.1 μm to 5.3 ± 0.1 μm (mean ± CL). Subsequently, the chlorophyll content of both, chl a and chl c₁, declined as well, chl a from 192 ± 4 to 0.1 ± 0.1 μg·ml^–1 and chl c₁ from 145 ± 6 to 0 μg·ml^–1 (mean ± CL). This study shows that increased light intensity and temperature are the main causes for bleaching in giant clams. Thus, the study confirmed the four major aspects involved in bleaching: (1) loss of symbiotic algae, (2) decrease of chl a/c₁ in the remaining symbiotic algae, (3) retention of small zooxanthellae in the tissue and (4) release of ammonium (NH₄⁺) into the water column while nutrient uptake of ammonium was largely blocked.

Résumé

Cette étude a été lancée, suite au phénomène de blanchiment en masse de bénitiers, en 1997-1998, sur plusieurs récifs de la Grande Barrière (GBR, Australie). De septembre à décembre 1999, nous avons étudié les effets de fortes intensités lumineuses et de températures croissantes, accompagnés par une limite en nutriments, sur le métabolisme de Tridacna gigas, pour tester si des changements environnementaux peuvent induire le blanchiment. Dans une expérimentation de 50 jours, des conditions similaires du phénomène de blanchiment ont été imitées et appliquées aux mollusques, récoltés de lîle Orpheus à Nelly Bay, par 2-3 dintensité lumineuse et une température plus élevée de 4-6 °C. Lobjectif de ces expériences était de déterminer si de fortes intensités lumineuses peuvent induire des changements en chlorophylle ou altérérer la taille et les populations des cellules de zooxanthelles dans les tissus. Après 50 jours dexposition à des intensités lumineuses élevées, les tissus du manteau ont montré un nombre décroissant de zooxanthelles par unité de surface de 19,8 ± 0,8 (× 10⁷·cm^–2) à 0,2 ± 0,2 (× 10⁷·cm^–2) (moyenne ± LC). De plus, la taille moyenne des cellules de zooxanthelles sest réduite de 7,4 ± 0,1 μm à 5,3 ± 0,1 μm (moyenne ± LC). Par la suite, les contenus en chlorophylle, chl a et chl c₁, diminuèrent également, la chl a de 192 ± 4 à 0,1 ± 0,1 μg·ml^–1 et la chl c₁ de 145 ± 6 à 0 μg·ml^–1 (moyenne ± LC). Cette étude montre que laugmentation de lintensité lumineuse et de la température sont les causes principales du blanchiment chez les bénitiers. Elle confirme les quatre aspects majeurs impliqués dans le blanchiment : (1) perte de lalgue symbiotique, (2) diminution du rapport chl a/c₁ dans lalgue symbiotique restante, (3) rétention de petites zooxanthelles dans les tissus et (4) dégagement dammonium (NH₄⁺) dans la colonne deau, tandis que labsorption dammonium est largement bloquée.