Individuazione dei valori ottimali di crescita di dinoflagellate bentoniche, valutazione della tossicità e di interazioni allopatiche.

Individuazione dei valori ottimali di crescita di dinoflagellate bentoniche, valutazione della tossicità e di interazioni allelopatiche. Il fitoplancton rappresenta la base della catena trofica in ambiente marino, nonché oltre la metà  della produzione primaria a livello mondiale. Le dinoflagellate, assieme alle diatomee, costituiscono la maggior parte del fitoplancton, comprendendo numerose e diversificate specie di microalghe dalla differente distribuzione, ecologia e fisiologia. Alcune specie appartenenti a tale gruppo sono in grado di dare luogo, in determinate condizioni, a estesi fenomeni di fioriture algali, che diventano particolarmente impattanti se le specie coinvolte sono responsabili della produzione di biotossine, le quali possono direttamente uccidere altri organismi o accumularsi nei loro tessuti. Gli effetti nocivi di questi fenomeni si ripercuotono pesantemente sull'ecosistema marino, con ingenti morie di organismi acquatici (da pesci a molluschi, dal bentos al necton) e profonde alterazioni nelle comunità specifiche. Un forte coinvolgimento si ha di conseguenza anche per le attività umane, in seguito a forti esternalità negative su pesca, turismo, attività ricreative, o spesso con rischi direttamente correlati alla salute umana, dovuti perlopiù ad ingestione di organismi contaminati o all'inalazione di tossine per via aerea. Negli ultimi anni le fioriture algali tossiche si sono fortemente intensificate in distribuzione, estensione e frequenza, attirando l'interesse globale della comunità scientifica. Diversi studi condotti in questo senso hanno portato all'identificazione di numerose specie di dinoflagellate tossiche e all'isolamento di una lunga serie di composti chimici con effetti dannosi da esse sintetizzate. Tuttavia si conosce ancora ben poco sull'ecologia di queste specie, in particolare su quali siano i fattori che possano indurre o regolare la proliferazione e lo sviluppo di un bloom algale. Questo studio si è focalizzato su due specie di dinoflagellate bentoniche tossiche, Ostreopsis ovata e Coolia monotis, entrambe appartenenti alla famiglia Ostreopsidaceae, note già da tempo nei paesi tropicali poiché associate alla sindrome da ciguatera. Negli ultimi anni, Ostreopsis ovata è stata oggetto di numerose ricerche in Europa, poiché ha dato luogo a fenomeni di bloom, collegati con danni respiratori nell'uomo, anche lungo i litorali italiani; soltanto recentemente grazie ad una tecnica analitica basata sulla combinazione di cromatografia liquida e spettrometria di massa (LC-MS), è stato possibile isolare la diverse tossine responsabili. Durante i vari monitoraggi e campionamenti delle acque, questa dinoflagellata è stata sempre riscontrata in presenza di Coolia monotis (e Prorocentrum lima), di cui invece si conosce ben poco, visto che la sua tossicità in Mediterraneo non è ancora stata dimostrata, né la sua tossina caratterizzata. Il primo step di questo studio è stato quello di valutare, attraverso il mantenimento di colture in vitro, l'importanza della temperatura nella crescita di O. ovata e C. monotis (singolarmente) provenienti dalla zona del monte Conero (Ancona, Marche). Esistono già studi di questo tipo su ceppi adriatici di O. ovata, tuttavia è stato effettuato un esperimento similare utilizzando un nuovo ceppo, isolato in anni recenti; per C. monotis invece non sono presenti molti studi in letteratura, in particolare nessuno riguardante ceppi italiani. La valutazione della crescita è stata effettuata attraverso conteggio delle cellule, misura dell'efficienza fotosintetica e consumo dei macronutrienti. Quindi, visto che le due specie vivono in associazione nell'ambiente marino, si è cercato di evidenziare l'instaurarsi di eventuali processi competitivi o di fenomeni di allelopatia. Dall'analisi dei risultati è emerso che, se coltivate individualmente, sia C. monotis che O. ovata mostrano un optimum di crescita alla temperatura di 20°C, con tasso di crescita, numero di cellule e rendimento fotosintetico raggiunti più elevati, seppure non di molto rispetto alle colture a 25°C. Le colture a 30°C al contrario hanno mostrato valori sensibilmente inferiori. Se fatte crescere assieme, invece, C. monotis mantiene lo stesso pattern riscontrato nella monoculture a 20 e 25°C, seppur raggiungendo numeri di cellule inferiori, mentre a 30°C ha una crescita bassissima. Al contrario, O. ovata alla temperatura più elevata raggiunge lo stesso numero di cellule della monocultura, alla temperatura intermedia registra il tasso di crescita, ma non il numero di cellule, più elevato, mentre alla temperatura più bassa (che era l'optimum per la monocultura) si ha il maggior stress per la specie, evidenziando forti fenomeni di competizione. Esperimenti su C. monotis fatta crescere in un filtrato di O. ovata non hanno invece chiarito l'esistenza o meno di eventuali effetti allelopatici di Ostreopsis su Coolia, dato che non sono apparse differenze evidenti tra il controllo e il filtrato, mentre hanno messo in luce l'importanza dei batteri associati alle microalghe come supporto alla loro crescita, poiché le colture cresciute in filtrato sterile hanno manifestato tutte quante un rendimento quantico fotosintetico inferiore.

Modelling growth dynamics and toxin production in Ostreopsis cf. ovata

The benthic dinoflagellate O. ovata represents a serious threat for human health and for the ecology of its blooming areas: thanks to its toxicity this microalga has been responsible for several cases of human intoxication and mass mortalities of benthic invertebrates. Although the large number of studies on this dinoflagellate, the mechanisms underpinning O. ovata growth and toxin production are still far to be fully understood. In this work we have enriched the dataset on this species by carrying out a new experiment on an Adriatic O. cf. ovata strain. Data from this experiment (named Beta) and from another comparable experiment previously conducted on the same strain (named Alpha), revealed some interesting aspects of this dinoflagellate: it is able to grow also in a condition of strong intracellular nutrient deficiency (C:P molar ratio > 400; C:N > 25), reaching extremely low values of chlorophyll-a to carbon ratio (0.0004). Was also found a significant inverse relationships (r > -0.7) between cellular toxin to carbon and cellular nutrient to carbon ratios of experiment Alpha. In the light of these result, we hypothesized that in O. cf. ovata nutrient-stress conditions (intended as intracellular nutrient deficiency) can cause: i) an increase in toxin production; ii) a strong decrease in chlorophyll-a synthesis; iii) a lowering of metabolism associated with the formation of a sort of resting stage. We then used a modelling approach to test and critically evaluate these hypotheses in a mechanistic way: newly developed formulation describing toxin production and fate, and ad hoc changes in the already existent formulations describing chlorophyll synthesis, rest respiration, and mortality, have been incorporated in a simplified version of the European Regional Seas Ecosystem Model (ERSEM), together with a new ad hoc parameterization. The adapted model was able to accurately reproduce many of the trends observed in the Alpha experiment, allowing us to support our hypotheses. Instead the simulations of the experiment Beta were not fully satisfying in quantitative terms. We explained this gap with the presumed different physiological behaviors between the algae of the two experiments, due to the different pre-experimental periods of acclimation: the model was not able to reproduce acclimation processes in its simulations of the experiment Beta. Thus we attempt to simulate the acclimation of the algae to nutrient-stress conditions by manual intervention on some parameters of nutrient-stress thresholds, but we received conflicting results. Further studies are required to shed light on this interesting aspect. In this work we also improve the range of applicability of a state of the art marine biogeochemical model (ERSEM) by implementing in it an ecological relevant process such as the production of toxic compounds.

Harmful algae and their potential impacts on the coastal ecosystem: growth and toxin production dynamics

The main goal of the present thesis was to study some harmful algal species which cause blooms in Italian coastal waters, leading to consequences for human health, coastal ecosystem, fishery and tourism. In particular, in the first part of this thesis the toxicity of Adriatic strains of the raphidophyte Fibrocapsa japonica was investigated. Despite several hypotheses have been proposed for the toxic mechanism of the raphidophytes, especially for the species Chattonella antiqua and C. marina, which have been studied more extensively, just a few studies on the toxic effects of these species for different organisms were reported. Moreover, a careful reading of the literature evidenced as any ichthyotoxic events reported worldwide can be linked to F. japonica blooms. Although recently several studies were performed on F. japonica strains from the USA, Japan, Australia, New Zealand, the Netherlands, Germany, and France in order to characterize their growth and toxicity features, the work reported in this thesis results one of the first investigation on the toxic effects of F. japonica for different organisms, such as bacteria, crustaceans and fish. Mortality effects, together with haemolysis of fish erythrocytes, probably due to the relatively high amount of PUFAs produced by this species, were observed. Mortality for fish, however, was reported only at a high cell density and after a long exposition period (9-10 days); moreover a significant increase of H2O2 obtained in the tanks where sea basses were exposed to F. japonica was also relevant. This result may justify the absence of ichthyotoxic events in the Italian coasts, despite F. japonica blooms detected in these areas were characterized by high cell densities. This work reports also a first complete characterization of the fatty acids produced and extracellularly released by the Adriatic F. japonica, and results were also compared with the fatty acid profile of other strains. The absence of known brevetoxins in F. japonica algal extracts was also highlighted, leading to the hypothesis that the toxicity of F. japonica may be due to a synergic effect of PUFAs and ROS. Another microalgae that was studied in this thesis is the benthic dinoflagellate Ostreopsis cf. ovata. This species was investigated with the aim to investigate the effect of environmental parameters on its growth and toxicity. O. cf. ovata, in fact, shows different blooming periods along the Italian coasts and even the reported toxic effects are variable. The results of this work confirmed the high variability in the growth dynamic and toxin content of several Italian strains which were isolated in recent years along the Adriatic and Tyrrhenian Seas. Moreover, the effects of temperature and salinity on the behaviour of the different isolates are in good agreement with the results obtained from field surveys, which evidence as the environmental parameters are important factors modulating O. cf. ovata proliferation. Another relevant result that was highlighted is the anomaly in the production of palytoxin-like compounds reported by one of the studied isolate, in particular the one isolated in 2008 in Ancona (Adriatic Sea). Only this strain reported the absence of two (ovatoxin-b and –c) of the five ovatoxins so far known in the toxin profile and a different relative abundance of the other toxins. The last aspect that was studied in this thesis regards the toxin biosythesis. In fact, toxins produced (palytoxin-like compounds) or supposed to be produced (brevetoxin-like compounds) by O. cf. ovata and F. japonica, respectively, are polyketides, which are highly oxygenated compounds synthesized by complex enzymes known as polyketide synthase (PKS) enzymes. These enzymes are multi-domain complexes that structurally and functionally resemble the fatty acid synthases (FASs). This work reports the first study of PKS proteins in the dinoflagellates O. cf. ovata, C. monotis and in the raphidophyte F. japonica. For the first time some PKSs were identified in these species, confirming the presence of PKS proteins predicted by the in silico translation of the transcripts found in K. brevis also in other species. The identification of O. cf. ovata PKSs and the localization of the palytoxin-like compounds produced by this dinoflagellate in a similar location (chloroplast) as that observed for other dinoflagellate and cyanobacterial toxins provides some indication that these proteins may be involved in polyketide biosynthesis. However, their potential function as fatty acid synthases cannot be ruled out, as plant fatty acid synthesis also occurs within chloroplasts. This last hypothesis is also supported by the fact that in all the investigated species, and in particular in F. japonica, PKS proteins were present. Therefore, these results provide an important contribution to the study of the polyketides and of the involvement of PKS proteins in the toxin biosynthesis.

Competizione e interazioni allelopatiche tra Ostreopsis ovata e altre microalghe.

Le fioriture algali rappresentano un problema emergente che colpisce le attività ricreative costiere negli ultimi decenni e molta responsabilità è attribuita alla pressione antropica sulle coste, anche se fondamentalmente i fenomeni di fioriture dannose rimangono imprevedibili. Un tempo confinate in aree tropicali e sub-tropicali, nuove alghe tossiche produttrici di composti palitossina-simili, quali Ostreopsis spp., si sono diffuse anche in regioni temperate, come il Mediterraneo. Le condizioni di sviluppo di queste fioriture sono legate a fattori ambientali quali irraggiamento, temperatura, concentrazione di nutrienti e alle caratteristiche biologiche delle singole specie. Per valutare il rischio reale sulla salute dell’uomo, vi è necessità di conoscere i parametri ambientali ottimali alla proliferazione delle specie, in termini di temperatura, intensità luminosa e disponibilità di nutrienti, così come di chiarire la struttura delle tossine e le condizioni che possono favorire la loro produzione. In questo studio un ceppo della dinoflagellata Ostreopsis ovata e un ceppo della dinoflagellata Prorocentrum lima sono stati coltivati in colture batch a tre diverse temperature (20°C, 25°C, 30°C) come monocolture e come colture miste. La raccolta è avvenuta nel periodo della loro presunta fase stazionaria. Le informazioni circa il comportamento delle microalghe nelle diverse colture sono state raccolte tramite calcolo del tasso di crescita, analisi del consumo di nutrienti, valutazione dell’efficienza fotosintetica, produzione di tossine. E’ stato applicato un nuovo metodo di misura per il calcolo dei biovolumi. Tra le due microalghe, O. ovata ha esibito maggiore variabilità morfologica, tassi di crescita più elevati e migliore efficienza fotosintetica, mostrando però di subire stress alla temperatura di 30°C. P. lima ha presentato tassi di crescita inferiori, incompleto utilizzo dei nitrati e minore efficienza fotosintetica, accompagnata da grande dissipazione di energia sotto forma di calore. Nelle colture miste, l’uptake più rapido di nitrati da parte di O. ovata ha fatto sì che il numero di cellule di P. lima fosse notevolmente inferiore a quello sviluppatosi nelle colture pure. Ciononostante, la produzione di acido okadaico da parte di P. lima non si è modificata in presenza di O. ovata. Il ceppo di O. ovata utilizzato è stato in grado di produrre ovatossina-a, la tossina maggiormente presente nelle cellule, e quantità circa quattro volte inferiori di ovatossine d+e, oltre a piccole quantità di palitossina putativa. Non è stato invece in grado di produrre le altre due ovatossine conoscisute, l’ovatossina-b e l’ovatossina-c. La produzione di tossine ha dimostrato di essere correlata positivamente con l’aumento della temperatura quando espressa su unità di biovolume, ed è stata inferiore nelle colture miste rispetto alle colture pure. Grazie alla maggiore capacità di crescita, al miglior utilizzo di nutrienti e alla migliore efficienza fotosintetica, O. ovata si dimostra in grado di dare origine a importanti eventi di fioritura, mentre per P. lima i parametri di crescita studiati non evidenziano questa capacità. Le analisi in corso circa la quantità di tossine emesse nel mezzo di coltura permetterano di completare il quadro delineato dal presente studio. Allo stato attuale, non si può concludere che esista attività allelopatica di una specie nei confronti dell’altra.

Dinamiche di produzione di Dimetilsolfoniopropionato (DMSP) nella dinoflagellata tossica Ostreopsis cf. ovata in colture batch

Il Dimetilsolfoniopropionato (DMSP) è un metabolita secondario prodotto da vari organismi marini, tra cui molte microalghe. Ad oggi pochi studi riguardano gli effetti dei fattori ambientali sulla produzione di DMSP nelle microalghe tossiche, tuttavia si ipotizza che la carenza di azoto (N-dep) possa influire sulla produzione di tossine e DMSP. In questo lavoro è stata indagata nella dinoflagellata Ostreopsis cf. ovata: la presenza e l’andamento del DMSP lungo tutte le fasi di crescita; i possibili effetti di differenti condizioni di crescita (i.e. bilanciata e N-dep) sulla produzione del metabolita e delle tossine. La scelta della dinoflagellata è giustificata dalle sue frequenti fioriture dannose nel Mediterraneo e dall’osservazione, in studi pregressi, di una comunità batterica associata ai suoi blooms in grado di utilizzare il DMSP come fonte energetica. Lo studio mostra per la prima volta da parte di O. cf ovata la produzione del DMSP, riportando un trend temporale simile nelle due condizioni. Si evidenzia: un minimo a fine fase esponenziale; un massimo nella prima fase stazionaria; una riduzione al termine della fase stazionaria. Il confronto fra le due condizioni evidenzia un effetto positivo di N-dep nella produzione di DMSP, evidenziato anche dal maggior tasso di produzione, che potrebbe avvenire per: utilizzare il DMSP rispetto ad altri osmoliti azotati; rilasciare nell’ambiente composti carboniosi e sulfurei, prodotti a seguito dello stress cellulare. I risultati indicherebbero come N-dep possa interferire nella sintesi di tossine e DMSP in maniera opposta, non per competizione diretta del nutriente nei processi di sintesi, ma a seguito dei cambiamenti fisiologici della microalga dovuti alla carenza nutrizionale. Infine la produzione di DMSP da parte della microalga conferma l’instaurarsi di una fase d’interazione mutualistica con i batteri ad essa associati facilitata dal DMSP, importante per lo sviluppo della popolazione algale e dei conseguenti rischi sanitari ed ecosistemici.

Toxicity and Growth Assessments of Three Thermophilic Benthic Dinoflagellates (Ostreopsis cf. ovata, Prorocentrum lima and Coolia monotis) Developing in the Southern Mediterranean Basin

armful benthic dinoflagellates, usually developing in tropical areas, are expanding to temperate ecosystems facing water warming. Reports on harmful benthic species are particularly scarce in the Southern Mediterranean Sea. For the first time, three thermophilic benthic dinoflagellates (Ostreopsis cf. ovata, Prorocentrum lima and Coolia monotis) were isolated from Bizerte Bay (Tunisia, Mediterranean) and monoclonal cultures established. The ribotyping confirmed the morphological identification of the three species. Maximum growth rates were 0.59 ± 0.08 d−1 for O. cf. ovata, 0.35 ± 0.01 d−1 for C. monotis and 0.33 ± 0.04 d−1 for P. lima. Toxin analyses revealed the presence of ovatoxin-a and ovatoxin-b in O. cf. ovata cells. Okadaic acid and dinophysistoxin-1 were detected in P. lima cultures. For C. monotis, a chromatographic peak at 5.6 min with a mass m/z = 1061.768 was observed, but did not correspond to a mono-sulfated analogue of the yessotoxin. A comparison of the toxicity and growth characteristics of these dinoflagellates, distributed worldwide, is proposed.

Struttura filogenetica della comunità batterica associata ad Ostreopsis cf. Ovata in colture batch e dinamiche di crescita

Negli ultimi 10 anni i blooms attribuibili alla dinoflagellata bentonica Ostreopsis cf. ovata sono aumentati in termini di frequenza ed intensità lungo le coste del Mediterraneo, avendo ripercussioni negative sulla salute umana e forti impatti sulle comunità marine bentoniche, ciò a seguito della produzione di potenti tossine (composti palitossina-simili) da parte della microalga. Tra i fattori ecologici che innescano o regolano le dinamiche dei bloom tossici le interazioni tra microalghe e batteri sono in misura sempre maggiore oggetto di ricerca. In questo studio è stata analizzata la struttura filogenetica della comunità batterica associata ad O. cf. ovata in colture batch e valutate le dinamiche successionali della stessa in relazione alle differenti fasi di crescita della microalga (oltre che in relazione alle dinamiche di abbondanza virale). Lo studio filogenetico è stato effettuato tramite l’ausilio di metodiche molecolari di sequenziamento di next generation (Ion Torrent). Le abbondanze dei batteri e delle particelle virali sono state determinate tramite microscopia ad epifluorescenza; l’abbondanza cellulare algale è stata stimata tramite metodo Uthermohl. Il contributo della frazione batterica ad elevata attività respiratoria è stato determinato tramite doppia colorazione con coloranti DAPI e CTC. Dai dati emersi si evince che la comunità batterica attraversa due fasi di crescita distinte, una più marcata e concomitante con la fase esponenziale di O. cf. ovata, l'altra quando la microalga è in fase media stazionaria. Per quanto concerne la composizione filogenetica della comunità sono stati rilevati 12 phyla, 17 classi e 150 generi, sebbene i dati ottenuti abbiano rilevato una forte dominanza del phylum Proteobacteria con la classe Alphaproteobacteria, seguita dal phylum Bacteroidetes con la classe Sphingobacteria. Variazioni nella struttura filogenetica della comunità batterica, a livello di generi, tra le diverse fasi di crescita della microalga ha permesso di evidenziare ed ipotizzare particolari interazioni di tipo mutualistico e di tipo competitivo.

Modern dinoflagellate cysts found in surface sediments of Santa Cruz Island, Galapagos

Modern dinoflagellate cysts in surface sediments collected on Santa Cruz Island, Galapagos, are described, along with other palynomorphs such as microforaminiferal linings, tintinnid loricae, copepod eggs and acritarchs including Domasiella-like micro-remains and Halodinium spp. The dinoflagellate cyst assemblages mainly consisted of Spiniferites cf. scabratus (gonyaulacoid) followed by Brigantedinium spp. and Selenopemphix quanta (peridinioids). No gymnodinioid cysts were found. No remarkable differences in cyst composition and densities were recognized between stations. The cyst assemblages were characterized by low species diversity and low cyst concentrations in comparison with the Pacific coast of Guatemala and Peru. CDF Contribution Number 1019.

Global analysis of mRNA half-lives and de novo transcription in a dinoflagellate, Karenia brevis

Dinoflagellates possess many physiological processes that appear to be under post-transcriptional control. However, the extent to which their genes are regulated post-transcriptionally remains unresolved. To gain insight into the roles of differential mRNA stability and de novo transcription in dinoflagellates, we biosynthetically labeled RNA with 4-thiouracil to isolate newly transcribed and pre-existing RNA pools in Karenia brevis. These isolated fractions were then used for analysis of global mRNA stability and de novo transcription by hybridization to a K. brevis microarray. Global K. brevis mRNA half-lives were calculated from the ratio of newly transcribed to pre-existing RNA for 7086 array features using the online software HALO (Half-life Organizer). Overall, mRNA half-lives were substantially longer than reported in other organisms studied at the global level, ranging from 42 minutes to greater than 144 h, with a median of 33 hours. Consistent with well-documented trends observed in other organisms, housekeeping processes, including energy metabolism and transport, were significantly enriched in the most highly stable messages. Shorter-lived transcripts included a higher proportion of transcriptional regulation, stress response, and other response/regulatory processes. One such family of proteins involved in post-transcriptional regulation in chloroplasts and mitochondria, the pentatricopeptide repeat (PPR) proteins, had dramatically shorter half-lives when compared to the arrayed transcriptome. As transcript abundances for PPR proteins were previously observed to rapidly increase in response to nutrient addition, we queried the newly synthesized RNA pools at 1 and 4 h following nitrate addition to N-depleted cultures. Transcriptome-wide there was little evidence of increases in the rate of de novo transcription during the first 4 h, relative to that in N-depleted cells, and no evidence for increased PPR protein transcription. These results lend support to the growing consensus of post-transcriptional control of gene expression in dinoflagellates.

Osmotic stress does not trigger brevetoxin production in the dinoflagellate Karenia brevis

With the global proliferation of toxic Harmful Algal Bloom (HAB) species, there is a need to identify the environmental and biological factors that regulate toxin production. One such species, Karenia brevis, forms nearly annual blooms that threaten coastal regions throughout the Gulf of Mexico. This dinoflagellate produces brevetoxins, potent neurotoxins that cause neurotoxic shellfish poisoning and respiratory illness in humans, as well as massive fish kills. A recent publication reported that a rapid decrease in salinity increased cellular toxin quotas in K. brevis and hypothesized that brevetoxins serve a role in osmoregulation. This finding implied that salinity shifts could significantly alter the toxic impacts of blooms. We repeated the original experiments separately in three different laboratories and found no evidence for increased brevetoxin production in response to low-salinity stress in any of the eight K. brevis strains we tested, including three used in the original study. Thus, we find no support for an osmoregulatory function of brevetoxins. The original publication also stated that there was no known cellular function for brevetoxins. However, there is increasing evidence that brevetoxins promote survival of the dinoflagellates by deterring grazing by zooplankton. Whether they have other as yet unidentified cellular functions is currently unknown.

Heat-stress and light-stress induce different cellular pathologies in the symbiotic dinoflagellate during coral bleaching

Coral bleaching is a significant contributor to the worldwide degradation of coral reefs and is indicative of the termination of symbiosis between the coral host and its symbiotic algae (dinoflagellate; Symbiodinium sp. complex), usually by expulsion or xenophagy (symbiophagy) of its dinoflagellates. Herein, we provide evidence that during the earliest stages of environmentally induced bleaching, heat stress and light stress generate distinctly different pathomorphological changes in the chloroplasts, while a combined heat- and light-stress exposure induces both pathomorphologies; suggesting that these stressors act on the dinoflagellate by different mechanisms. Within the first 48 hours of a heat stress (32°C) under low-light conditions, heat stress induced decomposition of thylakoid structures before observation of extensive oxidative damage; thus it is the disorganization of the thylakoids that creates the conditions allowing photo-oxidative-stress. Conversely, during the first 48 hours of a light stress (2007 µmoles m−2 s−1 PAR) at 25°C, condensation or fusion of multiple thylakoid lamellae occurred coincidently with levels of oxidative damage products, implying that photo-oxidative stress causes the structural membrane damage within the chloroplasts. Exposure to combined heat- and light-stresses induced both pathomorphologies, confirming that these stressors acted on the dinoflagellate via different mechanisms. Within 72 hours of exposure to heat and/or light stresses, homeostatic processes (e.g., heat-shock protein and anti-oxidant enzyme response) were evident in the remaining intact dinoflagellates, regardless of the initiating stressor. Understanding the sequence of events during bleaching when triggered by different environmental stressors is important for predicting both severity and consequences of coral bleaching

Anti-grazing properties of the toxic dinoflagellate Karlodinium veneficum during predator-prey interactions with the copepod Acartia tonsa

Karlodinium veneficum (syn. Karlodinium micrum, Bergholtz et al. 2006; J Phycol 42:170–193) is a small athecate dinoflagellate commonly present in low levels in temperate, coastal waters. Occasionally, K. veneficum forms ichthyotoxic blooms due to the presence of cytotoxic, hemolytic compounds, putatively named karlotoxins. To evaluate the anti-grazing properties of these karlotoxins, we conducted food removal experiments using the cosmopolitan copepod grazer Acartia tonsa. Wild-caught, adult female A. tonsa were exposed to 6 monoalgal or mixed algal diets made using bloom concentrations of toxic (CCMP 2064) and non-toxic (CSIC1) strains of K. veneficum. Ingestion and clearance rates were calculated using the equations of Frost (1972). Exposure to the toxic strain of K. veneficum did not contribute to an increased mortality of the copepods and no significant differences in copepod mortality were found among the experimental diets. However, A. tonsa had significantly greater clearance and ingestion rates when exposed to a monoalgal diet of the non-toxic strain CSIC1 than when exposed to the monoalgal diet of toxic strain CCMP 2064 and mixed diets dominated by this toxic strain. These results support the hypothesis that karlotoxins in certain strains of K. veneficum deter grazing by potential predators and contribute to the formation and continuation of blooms.

A pollen/dinoflagellate chronology for DSDP Site 480, Gulf of California

DSDP Site 480 in the Gulf of California represents a paleoclimatic record of great potential significance. Much of the 152-meter section is varved, which means that proxy records of climatic change can be analyzed with unusual precision on a variety of time scales. In this paper we present pollen and dinoflagellate evidence that suggests that the base of the section is much older than was previously thought. We propose a basal date of between 300,000 and 350,000 YBP.