DOI: https://doi.org/10.3897/bdj.14.e185047
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41710778
تاريخ النشر: 2026-02-09
المؤلف: Eva Chatzinikolaou وآخرون
الموضوع الرئيسي: آثار حموضة المحيطات والاستجابات
نظرة عامة
تستعرض ورقة البحث التأثيرات الكبيرة لارتفاع درجة حرارة المحيطات وتحمضها على التنوع البيولوجي البحري في البحر الأبيض المتوسط الشرقي، مما يؤثر بشكل خاص على الكائنات الثابتة وذات الحركة المنخفضة. تؤكد على الحاجة الملحة إلى منهجيات تجريبية موحدة لتقييم استجابة هذه الكائنات لمجموعة من الضغوط المناخية. يقدم المخطوط إطارًا تجريبيًا شاملاً وقابلًا للتكرار مصممًا لمحاكاة ارتفاع درجة حرارة المحيطات وتحمضها في اللافقاريات البحرية القاعية تحت ظروف مختبرية محكومة. يتضمن هذا الإطار بروتوكولات مفصلة تغطي الإعداد الفني، وتصميم التجربة، واختيار سيناريوهات المناخ، وإجراءات المراقبة، ومعايير اختيار الأنواع، التي تم التحقق منها من خلال دراسة حالة من مشروع MACCIMO.
تسلط الاستنتاجات الضوء على أن الإعداد التجريبي والبروتوكولات تسهل التحقيقات المختبرية المحكومة في تأثيرات الضغوط المناخية على اللافقاريات البحرية الصغيرة الثابتة وشبه المتحركة. يدعم الإطار مجموعة متنوعة من الدراسات، من التقييمات الشكلية والفيزيولوجية إلى تقييمات التعبير الجيني والميكروسمبيونت، القابلة للتطبيق على أنواع بحرية مختلفة مثل الإسفنجيات، واللاسعات، والرخويات. يسمح النظام شبه المغلق والمستدام بمراقبة دقيقة وضبط درجة الحرارة ودرجة الحموضة، مما يستوعب نسخًا بيولوجية متعددة. تعتبر هذه الورقة الأولى في سلسلة ضمن العدد الخاص “التقييم متعدد المستويات لتأثيرات تغير المناخ على اللافقاريات البحرية القاعية: رؤى من مشروع MACCIMO”، مما يوفر منهجية أساسية للبحوث المستقبلية حول استجابات الكائنات الحية للضغوط المتعلقة بالمناخ.
مقدمة
تسلط مقدمة ورقة البحث الضوء على التأثيرات الكبيرة لتغير المناخ على النظم البيئية البحرية، مع التركيز بشكل خاص على التغيرات الفيزيائية والكيميائية في المحيطات بسبب ارتفاع درجات الحرارة وتحمض المحيطات. تعطل هذه التغيرات الوظائف الأيضية، ودورات التكاثر، وأنماط الهجرة للكائنات البحرية، مما يجبر العديد من الأنواع على الهجرة إلى مياه أعمق وأبرد. الكائنات الثابتة، مثل الإسفنجيات والرخويات القاعية، معرضة بشكل خاص بسبب حركتها المحدودة واعتمادها على الظروف البيئية المحلية. تؤكد الورقة على أهمية التنوع داخل الأنواع في تعزيز المرونة تجاه الضغوط المناخية، خاصة في المنطقة المتغيرة بيئيًا في البحر الأبيض المتوسط.
لمعالجة الحاجة الملحة إلى أطر تجريبية موحدة تنتج بيانات عالية الدقة حول استجابات الكائنات البحرية لتغير المناخ، يقدم المؤلفون منصة تجريبية مفصلة تم تطويرها ضمن مشروع MACCIMO. تحاكي هذه المنصة ضغوط تغير المناخ، وتحديدًا ارتفاع درجة الحرارة وتحمض المحيطات، للافقاريات القاعية الثابتة أو شبه المتحركة. يوضح المخطوط البروتوكولات، وإعداد المعدات، والظروف المحددة المستخدمة في التجارب، مما يوفر أساسًا منهجيًا للدراسات المستقبلية. بالإضافة إلى ذلك، يتضمن اعتبارات عملية لجمع العينات من الميدان وصيانة الكائنات التجريبية، مما يضمن أن الظروف التجريبية تدعم رفاهية العينات طوال فترة الدراسة.
الطرق
في هذه الدراسة، تضمنت المنهجية نهجًا منهجيًا لمحاكاة سيناريوهات تغير المناخ، مع التركيز بشكل خاص على التغيرات في درجة الحرارة ودرجة الحموضة المتوقعة للبحر الأبيض المتوسط الشرقي بحلول نهاية القرن الحادي والعشرين تحت سيناريو انبعاثات غازات الدفيئة العالية (RCP 8.5). تضمنت الظروف التجريبية سيناريو تحكم بدرجة حرارة محيطة تبلغ 27 درجة مئوية ودرجة حموضة تبلغ حوالي 8.1، إلى جانب سيناريوهين لتغير المناخ: سيناريو تغير المناخ في جنوب بحر إيجة (SACC)، حيث ارتفعت درجة الحرارة إلى 31 درجة مئوية وانخفضت درجة الحموضة إلى 7.8، وسيناريو تغير المناخ في شمال بحر إيجة (NACC)، مع درجة حرارة نهائية تبلغ 30 درجة مئوية وتعديلات مماثلة في درجة الحموضة. تم تقليل درجة الحموضة في علاجات تغير المناخ تدريجيًا بمقدار 0.03 وحدة في الأسبوع لتخفيف ضغط التكيف، مع استمرار التجربة لمدة ثلاثة أشهر.
استخدم الإعداد التجريبي نظامًا شبه مغلق في المركز الهيليني للبحوث البحرية، حيث تم مراقبة درجة الحرارة ودرجة الحموضة والتحكم فيها باستمرار باستخدام جهاز تحكم GHL Profilux 4. حافظ النظام على معايير صارمة: تم الحفاظ على انحرافات درجة الحرارة ضمن ± 0.3 درجة مئوية، ودرجة الحموضة ضمن ± 0.01. تضمنت المعدات الإضافية سخانات غاطسة، ونظام فقاعات CO2 لضبط درجة الحموضة، وأجهزة دوران المياه لضمان التجانس. تم الحفاظ على جودة المياه بدقة من خلال تجديدات منتظمة ومراقبة النفايات النيتروجينية، والملوحة، ومستويات الأكسجين، والقلوية الكلية، مما يضمن بقاء جميع الظروف التجريبية الأخرى ثابتة لتجنب التدخل في النتائج.
المناقشة
في قسم المناقشة من ورقة البحث، يحدد المؤلفون معايير اختيار الأنواع من اللافقاريات البحرية المستخدمة في تجاربهم، مؤكدين على أهمية الأهمية البيئية والتجارية. تم اختيار الإسفنج *Chondrilla nucula* والرخويات *Hexaplex trunculus* بسبب انتشارها الواسع، وأدوارها البيئية، ومرونتها تجاه التغيرات البيئية. تعتبر هذه الأنواع نماذج مناسبة للتحقيق في تأثيرات الضغوط المناخية، مثل ارتفاع درجات الحرارة وتحمض المحيطات، على النظم البيئية البحرية. تصميم التجربة قابل للتكيف مع أنواع أخرى من اللافقاريات الصغيرة الثابتة أو شبه المتحركة، مما يبرز الحاجة إلى مزيد من الدراسات حول استجاباتها لتغير المناخ.
يستعرض المؤلفون المنهجية الخاصة بالحصول على العينات بعد التجربة، بما في ذلك استخدام كلوريد المغنيسيوم للتخدير والحفاظ على العينات لمختلف التحليلات، مثل معدل الأيض وتعبير الجينات. الهدف الشامل من مشروع MACCIMO هو استكشاف الآليات الفيزيولوجية والجزيئية التي تستخدمها اللافقاريات البحرية للتكيف مع الضغوط الناتجة عن تغير المناخ، مع التركيز على التنوع داخل الأنواع بين السكان من مواقع جغرافية مختلفة. تؤكد النتائج على إمكانية إعداد التجربة لتسهيل مجموعة واسعة من الدراسات حول استجابات اللافقاريات البحرية لتغير المناخ، مما يوفر إطارًا قابلًا للتكرار للبحوث المستقبلية في هذا المجال الحرج.
DOI: https://doi.org/10.3897/bdj.14.e185047
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/41710778
Publication Date: 2026-02-09
Author(s): Eva Chatzinikolaou et al.
Primary Topic: Ocean Acidification Effects and Responses
Overview
The research paper outlines the significant impacts of ocean warming and acidification on marine biodiversity in the Eastern Mediterranean, particularly affecting sessile and low-mobility organisms. It emphasizes the urgent need for standardized experimental methodologies to assess the responses of these organisms to multiple climate stressors. The manuscript introduces a comprehensive and replicable experimental framework designed for simulating ocean warming and acidification in benthic marine invertebrates under controlled laboratory conditions. This framework includes detailed protocols covering technical setup, experimental design, climate scenario selection, monitoring procedures, and species selection criteria, validated through a case study from the MACCIMO project.
The conclusions highlight that the experimental setup and protocols facilitate controlled laboratory investigations into the effects of climate stressors on small sessile and semi-motile marine invertebrates. The framework supports a diverse range of studies, from morphological and physiological assessments to gene expression and microsymbiont evaluations, applicable to various marine taxa such as sponges, cnidarians, and molluscs. The semi-enclosed, sustainable system allows for accurate monitoring and adjustment of temperature and pH, accommodating multiple biological replicates. This manuscript serves as the first in a series under the special issue “Multi-level assessment of climate change impacts in benthic marine invertebrates: insights from the MACCIMO project,” providing a foundational methodology for future research on organismal responses to climate-related stressors.
Introduction
The introduction of the research paper highlights the significant impacts of climate change on marine ecosystems, particularly focusing on the physical and chemical alterations in oceans due to rising temperatures and ocean acidification. These changes disrupt metabolic functions, reproductive cycles, and migration patterns of marine organisms, compelling many species to migrate to deeper, cooler waters. Sessile organisms, such as sponges and benthic gastropods, are particularly vulnerable due to their limited mobility and reliance on local environmental conditions. The paper emphasizes the importance of intra-specific diversity in enhancing resilience to climate stressors, especially in the environmentally variable Mediterranean region.
To address the urgent need for standardized experimental frameworks that yield high-resolution data on the responses of marine organisms to climate change, the authors present a detailed experimental platform developed within the MACCIMO project. This platform simulates climate change stressors, specifically warming and acidification, for sessile or semi-motile benthic invertebrates. The manuscript outlines the protocols, equipment setup, and specific conditions used in the experiments, providing a methodological basis for future studies. Additionally, it includes practical considerations for field collection and maintenance of experimental organisms, ensuring that the experimental conditions support the well-being of the specimens throughout the study.
Methods
In this study, the methodology involved a systematic approach to simulate climate change scenarios, specifically focusing on temperature and pH variations projected for the eastern Mediterranean by the end of the 21st century under the high greenhouse gas emissions scenario (RCP 8.5). The experimental conditions included a control scenario with an ambient temperature of 27°C and pH of approximately 8.1, alongside two climate change scenarios: the South Aegean Climate Change (SACC) scenario, where temperature was raised to 31°C and pH decreased to 7.8, and the North Aegean Climate Change (NACC) scenario, with a final temperature of 30°C and similar pH adjustments. The pH in the climate change treatments was gradually reduced by 0.03 units per week to mitigate acclimatization stress, with the total experiment lasting three months.
The experimental setup utilized a semi-closed system at the Hellenic Centre for Marine Research, where temperature and pH were continuously monitored and controlled using a GHL Profilux 4 controller. The system maintained strict parameters: temperature deviations were kept within ± 0.3°C, and pH within ± 0.01. Additional equipment included submerged heaters, a CO2 bubbling system for pH adjustment, and water circulation devices to ensure homogeneity. Water quality was rigorously maintained through regular renewals and monitoring of nitrogenous waste, salinity, oxygen levels, and total alkalinity, ensuring that all other experimental conditions remained constant to avoid interference with the results.
Discussion
In the discussion section of the research paper, the authors outline the selection criteria for marine invertebrate species used in their experiments, emphasizing the importance of ecological and commercial relevance. The sponge *Chondrilla nucula* and the gastropod *Hexaplex trunculus* were chosen due to their widespread presence, ecological roles, and resilience to environmental changes. These species serve as suitable models for investigating the impacts of climate stressors, such as temperature spikes and ocean acidification, on marine ecosystems. The experimental design is adaptable for other small sessile or semi-motile invertebrates, highlighting the need for further studies on their responses to climate change.
The authors detail the methodology for sample acquisition post-experimentation, including the use of magnesium chloride for anesthetization and the preservation of samples for various analyses, such as metabolic rate and gene expression. The overarching aim of the MACCIMO project is to explore the physiological and molecular mechanisms that marine invertebrates employ to cope with climate-induced stress, with a focus on intraspecific variation among populations from different geographic locations. The findings underscore the potential for the experimental setup to facilitate a wide range of studies on marine invertebrates’ responses to climate change, providing a replicable framework for future research in this critical area.