Migração vertical de Daphnia galeata

Prévia do material em texto

Migração vertical de Daphnia galeata
Evidência para o uso de um recurso alternativo de um ambiente letal
RESUMO
Os metazoários normalmente evitam ambientes anaeróbicos, pelo menos quando combinados com estresse tóxico devido ao sulfeto de hidrogênio. No lago Speldrop, um pequeno, mas profundo, lago de cascalho no Lower Rhine, Daphnia galeatas foi encontrada não dominando a comunidade zooplanctônica, mas também foi regularmente encontrada em camadas anóxicas e até mesmo sulfídicas durante o verão. Realizamos experimentos de campo com uma recém-desenvolvida “Incubadora In-situ Zoo-plantkton”, simulando migrações verticais de D. galeata . Quando os dafnídeos foram expostos a condições sulfídicas, a mortalidade aumentou com o tempo de exposição, revelando valores de LT50 entre 29 e 42 min em relação ao aumento das concentrações de sulfeto. Além disso, os indivíduos experimentais originários de 12,5 m de profundidade apresentaram taxas de mortalidade significativamente maiores que os de 7,5 m de profundidade. Outros experimentos de migração mostraram que um período de interrupção da exposição sulfídica em ambientes menos estressantes reduziu significativamente as taxas de mortalidade. Dafnídeos encontrados no hipolimnion pertenciam parcialmente a partes moribundas da população; no entanto, a maioria dos dafnídeos mostrou atividade de corte regular e foi capaz de suportar condições sulfídicas no hipolimnion por um tempo limitado. Até agora não está claro o que talvez seja o maior fator final para esse tipo de comportamento migratório a curto prazo, para buscar abrigo ou usar grandes quantidades de bactérias sulfurosas como recurso
alimentar alternativo. 
* Hipolimnion : camada profunda de alguns lagos em que se regista estratificação. Outra interpretação é de que esta camada corresponde à zona afótica dos ecossistemas marinhos, ou seja, a região onde já não se faz sentir a ação da luz solar.
INTRODUÇÃO
Ambientes anaeróbicos são normalmente evitados por metazoários. No
entanto, existem algumas exceções. Por exemplo, descobriu-se que o peixe Central Mudminnow ( Umbra limi ) mergulha regularmente nas águas anóxicas de lagos para se alimentar de larvas de mosquitos fantasmas do gênero Chaoborus um gênero que utiliza deste ambiente anaeróbico, a fim de evitar a predação de peixes. Este exemplo ilustra as duas principais razões para os organismos fazerem uso de um ambiente hostil, que são recursos alimentares e prevenção de predadores. Isto representa uma situação de troca típica e importante no comportamento dos organismos. Nas duas últimas décadas
tornou-se evidente que alguns invertebrados e vertebrados ectotérmicos lidam com sucesso com uma oferta flutuante de oxigênio no ambiente. Em lagos de água doce, muitas espécies de zooplâncton permanecem em áreas mais profundas durante o dia e migram para áreas de superfície durante a noite para se alimentar de algas que acumulam nutrientes e crescem durante o dia. Vários modelosnesta migração vertical (DVM) têm sido hipotetizados que levam em conta todos os aspectos da ecologia como a dependência da temperatura das taxas fisiológicas das algas e do zooplâncton, as taxas de alimentação e o balanço de energia, incluindo o custo da migração, ou aspectos de competição e prevenção de predadores. Entre esses aspectos, evitar a predação parece ser o principal fator final para DVM, especialmente em espécies de Daphnia galeata . Mudanças na intensidade da luz mostraram desencadear o comportamento. Além dos * kairomones (*substância química emitida por uma espécie especial de um inseto ou planta que tem um benefício adaptativo (como um estímulo para a oviposição) a outra espécie) e da intensidade da luz, a concentração de oxigênio também desempenha papel importante na distribuição vertical dos dafnídeos , já que áreas de baixo oxigênio podem servir de defesa contra a predação de peixes. A ocorrência de dafnídeos em camadas anaeróbicas é geralmente restrita a períodos curtos, uma vez que as taxas de filtração e respiração diminui abaixo de uma concentração limiar de cerca de 3,5 mg O2l −¹. A produção de hemoglobina em algumas espécies de
dafnídeos mostrou a extensão de tais períodos sob condições desfavoráveis.
Condições anóxicas durante o verão são comuns no hipolímnio de lagos
eutróficos. Condições anaeróbicas prolongadas podem levar ao aumento dos níveis de condições sulfídicas através da produção de sulfeto por redução de sulfato dissimilatório. Devido a alta afinidade do íon sulfeto ao citocromo-c-oxidase, é um forte inibidor da cadeia respiratória e, portanto, altamente tóxico para muitos organismos. Descobriu-se que os dafnídeos às vezes ocorrem nessas camadas sulfídicas, no entanto, esses indivíduos foram considerados a parte moribunda da população. Outros relatos mostraram que os dafnídeos são predadores vorazes da comunidade microbiana na zona sulfídica, embora de importância insignificante nas camadas anaeróbicas. Condições anóxicas e sulfídicas são típicas de alguns lagos de cascalho no Lower Rhine. Um desses lagos com um hipolímnio tipicamente anaeróbico é o Lago Speldrop, onde a mineração parou há cerca de 50 anos . A estratificação no verão forma
um hipolímnio anóxico, cerca de 5m de profundidade, que é geralmente estabelecido no início de julho. Primeiras pesquisas sobre o zooplâncton do Lago Speldrop em 1997 revelou que uma certa quantidade de daphnias estava sempre presente nas camadas anaeróbicas profundas, nas quais as condições sulfídicas eram esperadas. Essas observações levantam as questões (1) se a ocorrência de espécies de dafinídeos na profundidade anaeróbia e potencialmente sulfídica durante o verão pode ser um fenômeno comum em um lago hipertrófico, como o Lago Speldrop, (2) se esses indivíduos não são apenas a parte moribunda da população, mas indivíduos saudáveis e
ativos, e (3) quanto tempo os dafnídeos são capazes de sobreviver tais condições tóxicas. Esperava-se que os resultados fornecessem sugestões se uma migração ativa de daphnias em camadas sulfídicas pode ser assumida e quais as razões últimas para tal comportamento podem ser. Consequentemente, a distribuição vertical do zooplâncton no Lago Speldrop foi estudada por dois anos consecutivos de abril a outubro. Além disso, um método recém-desenvolvido foi utilizado para permitir a simulação experimental da migração vertical para zooplâncton no lago. Utilizando este método, foram realizados experimentos de campo para analisar a relação entre as concentrações de sulfeto e a mortalidade de Daphnia galeata , a espécie dominante das daphnias no Lago Speldrop.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
2.1. Local de estudo
Lago Speldrop na área de Lower Rhine é um poço de cascalho entre
Emmerich e Rees (Alemanha), com uma área de 7 ha e uma profundidade máxima de 16m, dependendo do nível da água do rio Reno, que afeta o nível da água do Lago Speldrop através das águas subterrâneas. Não há fluxo de superfície. Com a exceção de uma pequena baía, o banco tem uma inclinação acentuada de> 60◦. O substrato do banco é dominado por areia e cascalho e vegetação submersa é praticamente ausente.
2.2. Fatores abióticos e clorofila
Entre abril e outubro de 1999 e 2000, medições semanais foram tomadas em
uma bóia fixa no ponto mais profundo do lago Speldrop. Em 1999, os perfis verticais foram registrados usando usando uma bomba submersível de 12 V que bombeou a água para um pequeno recipiente de medição, onde fluiu em torno de três sondas para medir temperatura e condutividade (WTW LF91, Alemanha), oxigênio (WTWOxi 320, Alemanha) e pH (WTW pH 320, Alemanha). A transparência foi medida pelo menos uma vez por semana com um disco sec-chi padrão branco. Amostras de água de 1, 5, 9 e 13 metros de profundidade foram coletadas quinzenalmente com a bomba submergível acima mencionada. As amostras foram armazenadas frescas e escuras em frascos de plástico e subsequentemente analisadas para ortofosfato e nitrato. Em 1999, a mesma água foi usada para determinar a concentração de clorofila a. Em 2000,a clorofila a foi avaliada com a sonda multiparâmetros. Começando a amostragem sazonal em maio de 1999 ou em julho de 2000, respectivamente, foram coletadas amostras de água do fundo do lago até o final da camada anóxica em 1 mintervals. Estas amostras foram armazenadas frescas e escuras em frascos de vidro fechados que foram completamente preenchidos sem ar restante (garrafas fechadas com rolhas de vidro). As amostras foram analisadas fotometricamente quanto a sua concentração de sulfeto. Ao comparar essas concentrações de sulfeto com outros estudos sobre a toxicidade do sulfeto de hidrogênio, deve-se considerar que, dependendo do pH, três tipos de sulfeto podem ser encontradas: H2S, HS e S2−. A um pH de cerca de 7,3, como foi encontrado no hypolimnion do Lake Speldrop, o H2S dominante tóxico é composto por cerca de 60%, no entanto, este percentual não foi quantificado em nosso estudo. Portanto, temos que supor que os dafinídeos no lago Speldrop foram provavelmente afetados por concentrações tóxicas um pouco mais baixas de H2S do que aquelas derivadas da análise do sulfeto total.
2.3. Zooplâncton
De abril a outubro, amostras do zooplâncton foram coletadas quinzenalmente
com uma armadilha de 201 de Schindler-Patalas. Amostras replicadas em triplicado foram colhidas por volta do meio dia e 1,5 hora após o pôr do sol na bóia sobre o ponto mais profundo do lago a partir de profundidades de 1, 5, 9 e 13 metros. As amostras foram concentradas com uma rede de 200 metros e preservadas com sacarose-formalina. As amostras foram diluídas em 250 ml de água e sub amostras 5 ml foram contados sob um microscópio invertido para determinar abundâncias. Antes da subamostragem, organismos maiores (Chaoborus e Leptodora) foram contados para cada amostra. Cada espécie de zooplâncton foi agrupada em classes de tamanho para estimar o peso seco.
2.4. Experimentos de incubação e migração
Para realizar experimentos in situ com dafinídeos no hipolimnion do Lake
Speldrop, foi desenvolvido um novo método que utiliza a Incubadora In situ
Zooplâncton (ZII, Fig. S1, Suplemento material). O ZII é uma caixa retangular, cujo fundo consiste em duas abas. Cada aba tem cinco buracos redondos nos quais podem ser montados canais de amostra padrão (200 ml). As câmaras de amostra foram preparadas cortando dois orifícios (2 × 3cm) em lados opostos de cada recipiente que foram selados com uma malha de 250m. Equipado com câmaras de amostra, o ZII pode ser baixado na água. As abas levantam-se e a água flui através das câmaras. Quando a profundidade de incubação é alcançada, as abas retornam a sua posição inicial. Para finalizar um experimento, o ZII é retirado a água. As abas permanecem em posição mantendo a água da profundidade experimental nas câmaras de amostra. Testes preliminares com tinta azul foram feitos revelando a substituição total da água colorida após a redução do ZII por um metro, provando a troca de água constante nas câmaras ao abaixar o ZII. A partir de meados de setembro, os dafnídeos para os experimentos foram coletados com uma armadilha de Schindler-Patalas (20 l de volume, malha de 500 metros) em profundidades de 7,5 e 12,5 m (Tabela 1). Durante os períodos experimentais em setembro e outubro de 1999 e em 2000, apenas D. galeata foi encontrada no Lago Speldrop, assim, todos os experimentos foram obviamente realizados com esta espécie em ambos os anos. Eles foram armazenados em água da qual se originaram e, em seguida, foram selecionados individualmente com uma pipeta
de plástico com uma grande abertura. Somente dafnídeos nadadores (1 a 2 mm de comprimento) foram selecionados. Para cada experimento, dez dafínideos foram preenchidos em todas as câmaras. Em cada réplica, cinco câmaras continham dafnídeos de 7,5 m e as outras cinco câmaras daphnias de 12,5 m de profundidade. Cinco para 20 réplicas foram realizadas para cada condição experimental. Os intervalos de tempo testados incluíram 0, 30, 60, 90, 120 e 240 min de incubação em 7,5 e 12,5 m de profundidade. O ZII foi sempre baixado para a profundidade experimental com uma velocidade de aproximadamente 1 m/min simule a migração de dafnídeos. Para simular um curto período com estresse menos tóxico entre períodos de exposição ao sulfeto de hidrogênio, experimentos adicionais foram realizados em que a exposição para 60 min em 12,5 m foi interrompido por um período de 10 min em 8 ou 7 m de profundidade. Como não há troca de água no experimento das câmaras quando o ZII é levantado, puxamos para cima o ZII um metro acima da profundidade de repouso desejada e, em seguida, o abaixamos para um metro para garantir a troca de água no experimento das câmaras. No final de cada experimento, o ZII foi puxado para cima lentamente e todos os dafnídeos vivos e mortos fossem contados para calcular taxas de mortalidade.
2.5. Tratamento de dados e estatística
Para testar o DVM, as abundâncias de D. galeata no campo, dados de 2000
foram utilizados como variáveis dependentes em um ANOVA de três fatores, com data de amostragem, profundidade (1, 5, 9, 13 m) e diurna (dia e noite) como variáveis independentes. Além disso, cada data de amostragem de ambos os anos foi testada em uma ANOVA de dois fatores, indicando a presença de DVM quando o termo de interação entre profundidade e dia excedeu o nível de significância (p <0,05). Para os dados experimentais, calculou-se a mortalidade média das cinco classes foi para cada réplica sob várias condições. Para análise estatística da variável dependente, as taxas de mortalidade de D. galeata , os dados foram primeiro normalizados pelo arco da raiz quadrada transformação senoidal. Em seguida, uma ANOVA de quatro fatores foi calculada com as variáveis independentes da duração do experimento (min), origem dos indivíduos (7,5 ou 12,5 m de profundidade), profundidade de exposição profundidade de 12,5 m) e ano (1999 ou 2000). Para a segunda série de experimentos em que a exposição foi interrompida em breve, as mesmas variáveis foram usadas em uma ANOVA de duas vias usando origem de indivíduos (7,5 ou 12,5 m de profundidade) e profundidade de exposição (7,5 ou profundidade de 12,5 m) como fatores independentes.
3. RESULTADOS
3.1. Fatores ambientais
O processo de estratificação no Lake Speldrop começou em ambos os anos já
no final de abril. Uma estratificação estável havia sido estabelecida em torno do início de julho, quando a camada anóxica atingiu uma profundidade de cerca de 5 m (Fig. 1). No epilimnion (camada superficial é a camada mais superior em um lago termicamente estratificado, ocorrendo acima do hipolímnio mais profundo), as temperaturas do verão variaram entre 18 e 24 °C, enquanto a temperatura no hipolímnio estava geralmente abaixo de 9 °C. Em correlação com o estabelecimento da camada anóxica, a concentração de sulfeto acima do nível inferior aumentou e atingiu valores máximos de 4-5 mg l −¹ em 12.5 m de profundidade e 5.5-9,2 mg l −¹ em meados de setembro de 1999 e 2000, respectivamente. Nas camadas superiores do hipolímnio a uma profundidade de 7,5m, nenhum sulfeto foi encontrado em 1999, enquanto as baixas concentrações foram medidas em 2000 (Fig. 1, Tabela 1). Em correspondência ao aumento das concentrações de clorofila a na primavera, a transparência da água, bem como o nitrato as concentrações diminuíram (Fig. S2, material suplementar). Enquanto apenas concentrações baixas de nitrato foram medidas durante o verão, as concentrações de fosfato aumentaram com a profundidade e a média foi de até 2 mg l−¹ no hipolimnion a partir de agosto. A transparência da profundidade média de Secchi foi regularmente a torno de 3-4 m durante verão, e mostrou correlações positivas com a concentração de clorofila a que eram tão altos quanto 10-20 mg l−¹ e 5–15 mg l−¹ em 1999 e 2000, respectivamente (Fig. S2 ). O pico de fosfato distinto no final de maio de 2000 coincidiu com uma tempestade pesada que também interrompeu o estabelecimento da estratificação de oxigênio naquele momento (Fig. 1).
3.2. Zooplâncton
A diversidade do zooplânctonno lago Speldrop foi baixa em ambos os anos as
espécies de Daphnia sempre dominaram em termos de biomassa a porcentagem de biomassa de Daphnia em relação ao zooplâncton total a biomassa, 1999: 53%; 2000: 67%; Fig. S3, Suppl. (Material). Os resultados na distribuição vertical de D. galeata revelaram altos números próximos a superfície e em 5 m de profundidade em setembro e outubro de 1999, mas também abundâncias significativas nas camadas mais profundas
(Fig. 2). Em 2000, quando D. galeata foi dominante durante toda a amostragem estação, a distribuição vertical diferia regularmente entre os dias e noite amostras como indicado pelo termo de interação significativa entre dia e profundidade nos dados da ANOVA (Fig. 2, Tabela S4, Suppl. material). Em ambos os anos, até 25 indivíduos l – 1 encontraram-se em 13 m de profundidade em amostras de outono do dia e da noite. Amostras adicionais durante o anoitecer, a partir de 9 e 13 m de profundidade, provaram claramente que esses indivíduos estavam regularmente (aproximadamente 80%) vivos e
nadando ativamente no dia seguinte, portanto, não apenas espécimes mortos que têm as camadas superiores ao fundo.
3.3. Experimentos de incubação
O manuseio da mortalidade de D. galeata no decorrer dos experimentos foi
considerado baixo e, portanto, considerado insignificante ( D.galeata de 7, 8, 13 m de profundidade para 7 m por 10 min: mortalidade 1,1 ± 3,4%, n = 20 réplicas, Fig. 3). Em 1999, uma zona quase anóxica, mas sem sulfeto, pôde ser medida em 7,5 m de profundidade (Fig. 1, Tabela 1). Em contraste, baixas concentrações de sulfeto foram encontradas nesta profundidade em 2000. Em 1999, a mortalidade de D. galeata que se originou de 7,5 e 12,5 m de profundidade foi baixa quando exposta a 7,5 m de profundidade. Nunca excedeu 30% e foi geralmente muito menor (Fig. 3). O tempo de incubação teve apenas um pequeno efeito sobre a mortalidade. Além da tendência de que as taxas de mortalidade em 1999 fossem geralmente mais baixas que em 2000
(comparação post-hoc de Bonferroni: p = 0,044), as taxas de mortalidade de D. galeata de 7,5 e 12,5 m aumentaram com o aumento do tempo de incubação em 2000. D. galeata Profundidades de 7,5 m mostraram uma mortalidade de até 40% após 90 min de incubação, enquanto indivíduos de 12,5 profundidades tiveram uma mortalidade muito maior de até 70% após 90 min. 
A camada de água em 12,5 m de profundidade foi anóxica com altas concentrações de sulfeto de até 5 mg l −1 em 1999 e até cerca de 9 mg l −1 em 2000. As experiências de incubação em 1999 revelaram que a mortalidade. As taxas de D. galeata expostas em 12,5 m de profundidade foram sempre em 7,5 m de profundidade (exposição de fator de comparação post-hoc de Bonferroni: p <0,001; Mesa 2). Quanto à incubação em 7,5 m de profundidade, indivíduos originários de 7,5 m geralmente apresentaram menor mortalidade do que aqueles de 12,5 m quando expostos em profundidade de 12,5 m. Mesmo assim, após 120 min de incubação, a mortalidade de D. galeata de 7,5 m profundidades atingiu quase 100%. Em 2000, os resultados foram bastante semelhantes: D. galeata de 7,5 m geralmente apresentou uma mortalidade mais baixa do que aquela de 12,5 quando expostos a 12,5 m de profundidade. No entanto, 100% de mortalidade visto que após apenas 90 min de incubação (Fig. 3).
Os resultados de ambos os anos foram utilizados para estimar os valores de
LT50 graficamente (tempo letal quando 50% da experimental D. Galeata mortos) e relacioná-los com os valores de sulfeto (Tabela 3). D. Galeata originários de 7,5 m sempre tiveram maiores valores de LT50 (isto é, mortalidade) do que aqueles de 12,5 m de profundidade. Especialmente quando exposto para concentrações abaixo de 1 mg l −1 sulfeto, eles sobreviveram mais de duas vezes mais do que indivíduos com origem em profundidade de 12,5 m (Tabela 3). Com o aumento do sulfeto, os valores de LT50 para D. galeata de 7,5 m caiu para valores entre 80 e 50 min. Esta diminuição foi menor pronunciado para D. galeata de 12,5 m de profundidade. Nas maiores concentrações de quase 7 mg l −1 sulfeto, os valores de LT50 para D. Galeata de 7,5 e 12,5 m foram quase iguais para cima de vez em quando para recuperar, uma nova experiência foi realizado em 23 de setembro de 1999, no qual as taxas de mortalidade de D. galeata exposta por 60 min em 12,5 m (5 mg sulfeto l −1) foram comparados para aqueles, que foram autorizados a recuperar por 10 min no meio do experimento (Fig. 4). O ZII foi exposto em 8 m de profundidade (9,7 ,C, 0,16 mg O2 l −1) ou em 7 m de profundidade (11,7 ◦C, 0,7 mg O2 l −1), portanto, um curto período de recuperação sem a influência defide (Tabela 1) foi permitido. Mais uma vez, D. galeata proveniente de 7,5 m profundidade exibiram taxas de mortalidade significativamente menores que a profundidade de 12,5 m (comparação post-hoc de Bonferroni: p <0,001, ANOVA, Tabela 4). Uma exposição contínua por 60 min em profundidade de 12,5 m mortalidade significativamente maior em comparação com os grupos, em que os indivíduos foram levantados a uma profundidade de 7 m por 10 min, antes de serem novamente abaixados por mais 30 min para 12,5 m de profundidade (comparação post-hoc de Bonferroni: p = 0,006). Um período de interrupção a 8 m de profundidade causou taxas de mortalidade entre os valores observados para ambas as outras condições experimentais (Fig. 4).
4. DISCUSSÃO
Embora D. galeata normalmente permaneça em camadas oxigenadas dentro
de lagos, sabe-se que os dafnídeos têm a capacidade de sintetizar hemoglobina como resposta e condições hipóxicas e anóxicas. D. magna foi encontrado para ter uma alta tolerância à diminuição de oxigênio suportando condições anóxicas por algumas horas, sem quaisquer danos e sobrevivência de até 1 dia sem oxigênio. Assim, a ocorrência de D. galeata vivo nas camadas anaeróbicas do Lago Speldrop foi até certo ponto esperada. Um padrão de expressão gênica potencialmente sintonizado em baixas tensões de oxigênio permite adaptações rápidas. No entanto, a ocorrência regular de D. galeata em camadas sulfídicas surpreendeu, pois o sulfeto de hidrogênio é extremamente tóxico, pois bloqueia a citocromo-oxidase na cadeia respiratória, além de outros efeitos prejudiciais.
Volpers (1995) examinou um número de lagos eutróficos de cascalho no
Baixo Reno e descobriu que o fundo desses lagos era freqüentemente anóxico por até sete meses por ano e que sob essas condições concentrações de sulfeto de hidrogênio de até 135 μM − 1 (é igual a 4,59 mg sulfeto l − 1) pode ocorrer. No Lake Speldrop, o período de sete meses sem oxigênio no fundo e o valor de 135 μM − 1 H2S perto do fundo foram ambos excedidos. Tais valores de H2S devem ser considerados altamente tóxicos para organismos de água doce. No entanto, D. galeata no Lago Speldrop realizou a migração vertical e foi regularmente amostrado na área anóxica e também nas camadas com altas concentrações de sulfeto. O controle de amostras de zooplâncton não fixadas revelou que indivíduos de D. galeata encontrados naquelas profundidades tinham uma alta proporção de mortos ou não. Esses indivíduos não formaram, como inicialmente assumido, apenas a parte moribunda da população que não conseguiu mais manter sua posição nas camadas favoráveis. Efeitos tóxicos crônicos foram encontrados por apenas 0,2 μM − 1 para o crustáceo Gammarus pseudolimnicus , o LC50 por 96 h para a mesma espécie foi de 1,7
μM − 1. Sem dúvida alguma, as concentrações de sulfeto de hidrogênio nas camadas inferiores do Lago Speldrop foram muito maiores a partir do final de julho (sempre excedendo 20 μM l – 1 em uma profundidade de 12 m em 1999 e 8 m em 2000, respectivamente). Pode-se supor que eles podem ter tido até efeitos tóxicos agudos sobre os dafnídeos, pelo menos para os indivíduos amostrados em profundidade de 13 m.
Para testar a hipótese de que os dafnídeos amostrados na profundidade do Lago Speldrop não eram apenas a parte moribunda da população, foi desenvolvido um método que permitia uma exposição controlada deindivíduos sob condições hipolímicas. No geral, o ZII provou ser um método prático e fácil para testar a mortalidade do daphnid em condições in-situ com pouco equipamento técnico e mortalidade insignificante. Estudos preliminares com o ZII revelaram claramente tanto a troca de água estável e rápida quando abaixando e a retenção da água da profundidade experimental ao levantar (por exemplo, o cheiro de H2S permaneceu após a exposição em condições sulfídicas). Até que ponto a água é trocada nas câmaras após a obtenção da profundidade experimental desejada, não pode ser quantificada até o momento. É de se esperar, no entanto, que o ZII não seja fixado em um lugar, mas gire em torno de uma pequena extensão quando pendurado sob o barco, talvez devido ao vento ou a algumas correntes de pequena escala (por exemplo, oscilação de 10 ° do perpendicular a 13 m de
profundidade seria igual a um movimento do ZII em pouco mais de dois metros). Uma oscilação tão pequena garantiria a troca constante de água (e potencialmente partículas menores que o tamanho da malha) durante o período de exposição. Durante os períodos experimentais em setembro e outubro de 1999, bem como em 2000, somente D. galeata foi encontrada no lago Speldrop, como revelado pela amostragem extensiva do zooplâncton, a fim de descrever o desenvolvimento da comunidade zooplanctônica (Fig. S3). Portanto, estamos confiantes de que todos os experimentos foram conduzidos apenas com D. galeata em ambos os anos, embora nenhuma determinação de espécie tenha sido realizada ao selecionar os dafnídeos no barco. Uma primeira aproximação sobre a mortalidade de D. galeata sob condições anóxicas só pode ser estimada a partir dos experimentos de 1999 a 7,5 m que oferecem valores próximos de zero até 60 min de exposição (média <5%) e, a partir de então, uma tendência aproximadamente crescente terminando em cerca de 25% de mortalidade após 240 min em condições anóxicas.
Quando os dafnídeos foram expostos em profundidade de 12,5 m em condições anóxicas e sulfídicas, uma mortalidade crescente com o tempo de exposição tornou-se óbvia, revelando valores de LT50 entre 129 e 42 min em relação às concentrações crescentes de sulfeto. Mazumder e Dickman (1989) examinaram a sobrevivência de Daphnia na quimiocina anaeróbica e o monimolimnion no meromictic Crawford Lake, Ontário. Eles descobriram que os dafnídeos nadavam ativamente por 40 a 60 minutos na mistura mais baixa entre 13 e 14 m sob condições anóxicas, 20 a 25 minutos em 15 a 16
m de profundidade na fronteira com o monimolimnion. A dáfnia não sobreviveu por mais de 10 a 12 minutos no monimolimnion (Mazumder e Dickman, 1989). Embora Mazumder e Dickman (1989) tenham examinado o pastoreio de bactérias daphnidson sulfur, os autores não deram detalhes sobre as concentrações de sulfeto de hidrogênio que foram analisadas. Gasolet al. (1995) descreveram um desenvolvimento em massa de Daphnia em uma lagoa (Lake Ciso) com concentrações de sulfeto até 1,2 mM (∼40 mg l − 1) no hipolímnio, mas os autores descobriram que os dafnídeos estavam restritos ao
epilímnio oxigenado e ao metalimnion com altas concentrações de alimentos. Embora Gasol et al. (1995) observaram que os dafnídeos tinham altos níveis de hemoglobina e que eles migraram para a parte anóxica inferior do metalimnion, enquanto os daphnids nunca foram encontrados no hipolimnion. Massana et al. (1994) conduziram experimentos para determinar a sobrevivência de águas contendo sulfeto de D. pulex no
Lago Ciso e descobriram que em 0.13 m MH2S (∼4.5 mg l − 1) todos os indivíduos morreram em 12 min, o que é um tempo muito menor do que o encontrado para D. galeata no lago Speldrop. A relação de maiores taxas de mortalidade (valores mais baixos de LT50) para o aumento de sulfeto foi ainda mais diferenciada pela origem dos dafnídeos experimentais: aqueles de 12,5 m de profundidade apresentaram mortalidades significativamente mais altas que aqueles de 7,5 m de profundidade. Essa diferença poderia ser uma indicação para maiores quantidades de indivíduos moribundos nas amostras retiradas de maiores profundidades. No entanto, como os dafinideos para os experimentos foram dados apenas nas câmaras experimentais quando nadavam ativamente, assumimos que as diferentes taxas de mortalidade entre indivíduos de 7,5 e 12,5 m podem dar uma primeira estimativa de um estresse tóxico potencialmente maior que os indivíduos acumulado em 12,5 m de profundidade. Ao comparar as mortalidades dos dafnídeos de ambas as profundidades, observou-se uma diferença média global de cerca de 20%. Esperamos que este valor de pelo menos 20% seja a parte da população que deve ser considerada moribunda. No geral, nossos dados experimentais, bem como a presença regular de dafnídeos vivos em profundidades de 13 m em condições anóxicas e sulfídicas, apóiam a hipótese de um movimento ativo, ou seja, uma migração vertical para dentro e parafora da área tóxica do hipolimnion. Os resultados dos experimentos com a migração simulada mostraram que o movimento para fora das condições tóxicas e em condições anóxicas ou hipóxicas por um curto período reduziu significativamente a mortalidade de dafnídeos, o que poderia ser uma indicação da necessidade de quantidades mínimas de oxigênio para se recuperar dos efeitos do sulfeto. Mas por que os dafnídeos deveriam entrar nesse ambiente hostil? Obviamente, tal ambiente reduziria a pressão de predação por peixes que não podem lidar com tais condições (por exemplo, altos números de poleiros juvenis alimentando-se de Daphnids em Lake Speldrop, Borcherding et al., 2010). Além disso, altas densidades de bactérias de enxofre autotróficas e fototrópicas podem ocorrer às vezes no hipolímnio de lagos eutróficos estratificados e contribuem com até 90% da biomassa total do plâncton (Guerrero et al., 1985). Isso também foi provado em anos posteriores para o Lake Speldrop, quando no final de agosto de 2005 uma camada de Chromatiaceae foi encontrada em 9 m de profundidade de água claramente dentro do hypolimnion anóxico. Mazumder e Dickman (1989) mostraram que Daphnia pode se alimentar eficazmente em bactérias fototróficas de enxofre. Observaram altas taxas de predação hipolimnético. Assim, existe o potencial de que a vantagem óbvia de minimizar a pressão de predação seja adicionada por um recurso alimentar que não esteja disponível para os dafnídeos, embora esse recurso possa ser considerado de menor valor nutricional. Até que ponto essas vantagens podem equilibrar as desvantagens desse ambiente tóxico não podem ser estimadas até agora. Um modelo para o impacto temporal desse comportamento migratório poderia ser o seguinte: assumindo uma velocidade média de natação na Daphnia de 6-8 mm s − 1 (Ryan eDodson, 1998), um indivíduo poderia cobrir a distância de 1 m em 2 a 3 minutos. Se um daphnid iniciasse a migração em 9 m de profundidade para atingir 13 m, ele teria que percorrer uma distância de 4 m com o aumento dos níveis de sulfeto e depois outros 4 m para deixar este ambiente novamente. A distância pode ser percorrida em 16–24 min e, se se assumir um tempo médio de 70 min de LT50 para os dafnídeos de 7,5 m, isso permitiria que o daphnid passasse entre 46 e 54 min nessa região (com base no risco de mortalidade de 50 %). Desta vez, bem poderia ser usado para alimentação intensiva.
Nossos experimentos não examinaram as razões para os dafnídeos migrarem
para o hipolimnion nem mecanismos metabólicos que lhes permitam lidar com as condições tóxicas. No entanto, nossos resultados provam que os dafnídeos não estavam restritos à epilimnion e metalimnion porque a maioria dos dafnídeos foi encontrada nadando ativamente e foi capaz de permanecer com condições sulfídicas no hipolimnion por um tempo limitado. Assumindo padrões de migração individuais, esses dafnídeos não só poderiam encontrar abrigo, mas também teriam o potencial de utilizar as altas concentrações de bactérias sulfúricas como fonte adicional de alimento. No entanto, como apenas períodos curtos dentro dessas áreas desfavoráveis oumesmo tóxicas são possíveis, não se sabe ao certo o que talvez seja o maior fator final para esse tipo de comportamento migratório de curto prazo, para buscar abrigo ou usar recursos alimentares alternativos. Para testar ambas as alternativas, experimentos e estudos de campo usando, por exemplo, isótopos estáveis como o 34S (Peterson, 1999) devem ser conduzidos.