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Le alghe coralline non genicolate che formano i letti di rodoliti rappresentano componenti fondamentali degli ecosistemi bentonici marini, svolgendo un ruolo cruciale nei cicli biogeochimici del carbonio e del carbonato di calcio. Questi habitat tridimensionali, oltre a fornire rifugio e substrato a numerosi organismi, contribuiscono alla produttività primaria e alla precipitazione di carbonato di calcio, influenzando in modo significativo il bilancio di carbonio a scala locale e globale. Nonostante ciò, il funzionamento metabolico dei letti di rodoliti rimane ancora poco conosciuto, specialmente in relazione a fattori di stress emergenti come le ondate di calore marine, la cui frequenza e intensità sono in rapido aumento a causa dei cambiamenti climatici. La comprensione delle dinamiche di produzione primaria, respirazione e calcificazione in questi ecosistemi è quindi essenziale per valutare il loro potenziale ruolo come fonte o pozzo di carbonio.
Il presente studio si inserisce in questo contesto e ha come obiettivo principale quello di analizzare la risposta metabolica ad un evento di ondata di calore simulata di due diverse comunità bentoniche (letti di rodoliti e sedimenti sabbiosi) che spesso formano dei mosaici su fondi molli. In particolare, lo studio ha valutato i tassi di produzione primaria netta, respirazione, calcificazione e dissoluzione, al fine di comprendere il bilancio complessivo del carbonio organico e inorganico e il ruolo che questi ecosistemi possono svolgere nel ciclo del carbonio in scenari di cambiamento climatico.
Lo studio è stato condotto in mesocosmi, utilizzando campioni di letti di rodoliti e sedimenti sabbiosi prelevati da un fondale situato a circa 50 m di profondità presso l’isola del Giglio. Inizialmente è stato condotto uno studio correlativo per paragonare i flussi metabolici delle due comunità, successivamente i campioni sono stati sottoposti a due condizioni sperimentali: controllo (temperatura ambiente) e ondata di calore simulata (22 °C per cinque giorni). Le misurazioni metaboliche sono state effettuate tramite camere bentiche trasparenti e opache, che hanno consentito di stimare la produttività netta e la respirazione comunitaria attraverso variazioni dell’ossigeno disciolto e del carbonio inorganico disciolto. Parallelamente, le variazioni di alcalinità totale sono state utilizzate per calcolare i flussi di calcificazione e dissoluzione.
I risultati hanno mostrato che entrambe le comunità bentoniche sono caratterizzate da un metabolismo eterotrofo sia in condizioni di controllo sia in presenza di ondata di calore, con la respirazione che supera la produzione primaria netta. Non sono state osservate variazioni significative nella produttività primaria o nella respirazione in risposta al riscaldamento, suggerendo che la breve durata del trattamento non sia stata sufficiente a indurre modifiche fisiologiche rilevanti o che le comunità presentino una certa resilienza ad eventi di riscaldamento di breve durata. Tuttavia, le due comunità hanno mostrato comportamenti distinti in termini di metabolismo inorganico: i letti di rodoliti hanno evidenziato una calcificazione netta, mentre nei sedimenti sabbiosi è emersa una tendenza alla dissoluzione del carbonato di calcio. Inoltre, l’ondata di calore ha influenzato significativamente i flussi di calcificazione nei sedimenti sabbiosi, determinando una riduzione dei tassi di calcificazione rispetto alle condizioni di controllo.
Nel presente studio, il metabolismo eterotrofico osservato in entrambe le comunità potrebbe essere associato all’elevata attività respiratoria della fauna bentonica e alla composizione complessiva della comunità, sottolineando l’importanza di un approccio ecosistemico nell’analisi dei flussi di carbonio. Per quanto riguarda la calcificazione, i letti di rodoliti hanno mostrato tassi nettamente superiori rispetto a quelli dei sedimenti sabbiosi, confermando la loro importanza nei processi di precipitazione di carbonato di calcio.

Nel presente studio, l’ondata di calore non ha determinato variazioni significative nella produzione organica o nella respirazione, ma ha ridotto i tassi di calcificazione nei sedimenti sabbiosi. Nei letti di rodoliti la calcificazione è rimasta prevalente sia alla luce sia al buio, suggerendo una potenziale resistenza del processo di calcificazione ad eventi termici di breve durata. È stata riscontrata una riduzione della calcificazione di debole entità a seguito del trattamento, meno marcata durante le incubazioni alla luce, indicando un possibile effetto positivo della fotosintesi in condizioni di riscaldamento.

Nel complesso, i risultati di questo studio evidenziano che, a scala di comunità, i letti di rodoliti e i sedimenti sabbiosi mostrano un metabolismo prevalentemente eterotrofo ed una relativa stabilità nei processi di produzione e respirazione in risposta a un’ondata di calore di breve durata. Tuttavia, i risultati suggeriscono che i processi metabolici siano fortemente regolati da interazioni complesse tra organismi, struttura dell’habitat e fattori ambientali. Questi risultati sottolineano l’importanza di approcci ecosistemici per comprendere il ruolo dei letti di rodoliti nel ciclo del carbonio e per valutare la loro resilienza in risposta ai cambiamenti climatici futuri.



Non-geniculate coralline algae forming rhodolith beds are fundamental components of marine benthic ecosystems, playing a pivotal role in the biogeochemical cycles of carbon and calcium carbonate. These three-dimensional habitats not only provide refuge and substrate for a wide range of organisms but also contribute to primary productivity and calcium carbonate precipitation, thereby exerting a significant influence on the carbon balance at both local and global scales.
Despite their ecological importance, the metabolic functioning of rhodolith beds remains poorly understood, particularly in relation to emerging stressors such as marine heatwaves, whose frequency and intensity are rapidly increasing due to ongoing climate change. A comprehensive understanding of primary production, respiration, and calcification dynamics within these ecosystems is therefore essential to assess their potential role as sources or sinks of carbon.

The present study was conducted within this framework and aimed to investigate the metabolic responses of two distinct benthic communities — rhodolith beds and sandy sediments — to a simulated marine heatwave. These communities frequently co-occur as mosaics on soft-bottom habitats. Specifically, the study quantified rates of net primary production, respiration, calcification, and dissolution in order to assess the overall balance of organic and inorganic carbon and evaluate the potential contribution of these ecosystems to the carbon cycle under climate change scenarios.

The experimental work was carried out in mesocosms using samples of rhodolith beds and sandy sediments collected from a seafloor located at approximately 50 m depth near Giglio Island (Tyrrhenian Sea, Italy). An initial correlational study was performed to compare the metabolic fluxes of the two communities. Subsequently, the samples were exposed to two experimental treatments: a control condition (ambient temperature) and a simulated heatwave (22 °C for five days). Metabolic measurements were performed using transparent and opaque benthic chambers, allowing estimation of net community productivity and respiration through changes in dissolved oxygen and dissolved inorganic carbon. In parallel, variations in total alkalinity were used to calculate calcification and dissolution fluxes.

The results revealed that both benthic communities exhibited predominantly heterotrophic metabolism under both control and heatwave conditions, with respiration consistently exceeding net primary production. No significant changes were observed in primary productivity or respiration in response to warming, suggesting that the short duration of the thermal treatment was insufficient to induce substantial physiological changes, or that the communities possess a certain degree of resilience to short-term heat stress. However, the two communities displayed contrasting patterns in inorganic metabolism: rhodolith beds showed net calcification, whereas sandy sediments exhibited a tendency toward calcium carbonate dissolution. Moreover, the simulated heatwave significantly affected calcification fluxes in sandy sediments, resulting in reduced calcification rates compared to control conditions.

The heterotrophic metabolism observed in both communities may be attributed to the high respiratory activity of benthic fauna and the overall community composition, highlighting the importance of adopting an ecosystem-based perspective when assessing carbon fluxes. With regard to calcification, rhodolith beds exhibited substantially higher rates than sandy sediments, confirming their key role in calcium carbonate precipitation processes.

The simulated heatwave did not significantly alter organic production or respiration but did lead to a reduction in calcification rates in sandy sediments. In rhodolith beds, calcification remained dominant under both light and dark conditions, suggesting a potential resistance of the calcification process to short-term thermal stress. A slight reduction in calcification was observed following heat exposure, which was less pronounced under light conditions, indicating a possible mitigating effect of photosynthesis under warming scenarios.

In summary, the findings of this study demonstrate that, at the community scale, both rhodolith beds and sandy sediments exhibit predominantly heterotrophic metabolism and relative stability in production and respiration processes in response to a short-term heatwave. However, the results also indicate that metabolic processes are strongly regulated by complex interactions among organisms, habitat structure, and environmental factors. These findings underscore the necessity of ecosystem-based approaches to better understand the role of rhodolith beds in the carbon cycle and to evaluate their resilience to future climate change.