Diatom size plasticity at regional and global scales

Abstract

Studies based on diatom traits are increasing worldwide but most of them are based on database information from other geographical regions whereas data on direct observations and measurements of individuals are lacking. The aim of this study was to understand how diatom cell sizes vary at: 1) a small (regional) scale, among rivers and streams of Central Portugal with different hydromorphological and climatic characteristics (typologies) and 2) a large (global) spatial scale, comparing cell sizes from different areas of the world. For this study, species from 60 sites belonging to four Portuguese river types (Northern Mountain Streams – M; Littoral Rivers - L; Small Northern Rivers - N1 ≤ 100 km2; Medium-Large Northern Rivers - N1 > 100 km2) were studied. Only species with a relative abundance of 2.5 % or above were measured (length and width) and the length/width ratio was calculated, resulting in a total of 86 taxa and ≈3600 specimens measured. In parallel, a revision of published information and databases on the sizes of the analysed species was done considering information from Central and Northern Europe, North and South America, Asia, Africa and Antarctica. At the regional scale, 28 of the 36 species that were present in more than one river type showed significant differences in at least one measure studied. At a global scale, in general, diatoms’ lengths from Central Portugal differed from Central Europe, Northern Europe and Asia; also, diatoms’ lengths from Northern Europe differed from Africa and North America. At the species level, Achnanthidium minutissimum from Portugal was different from those of Africa and Asia; Achnanthidium subatomoides and Eolimna minima were different between Central Portugal and North America and Eunotia incisa differed between Central Europe and North America. Our results produced more adjusted information on diatom sizes of Central Portugal, which differed from some of the other world regions studied. Our conclusions indicate that not considering size plasticity in diatoms' ecological studies can lead to biased results and thus further studies are needed to investigate the spatial variability of diatom traits.

Os estudos sobre atributos de diatomáceas têm aumentado, porém, a maior parte destes dependem de dados de outras regiões geográficas havendo falta de estudos baseados em medidas e observações diretas dos indivíduos amostrados. O objetivo deste trabalho foi perceber como é que os tamanhos das diatomáceas variam: 1) numa escala espacial pequena (regional), entre rios e ribeiros da região Centro de Portugal e 2) a uma escala espacial maior (global) comparando tamanhos celulares de várias zonas do Mundo. Para isso, foram estudadas espécies encontradas em 60 locais de amostragem pertencentes a quatro tipos de rio portugueses (Rios Montanhosos do Norte – M; Rios do Litoral Centro - L; Rios do Norte de Pequena Dimensão - N1 ≤ 100 km2; Rios do Norte de Média-Grande Dimensão - N1 > 100 km2). Apenas espécies com abundância relativa igual ou superior a 2.5 % foram medidas (comprimento e largura) e foi calculado o rácio comprimento/largura, resultando num total de 86 taxa e ≈3600 indivíduos medidos. Em paralelo, foi feito um estudo de revisão recorrendo a informação publicada e bases de dados relacionadas com o comprimento das diatomáceas do Norte e Centro da Europa, da América do Norte e do Sul, da Ásia, da África e da Antártida. À escala regional, 28 das 36 espécies analisadas mostraram diferenças significativas em pelo menos uma medida estudada. À escala global, em geral, os comprimentos das diatomáceas do centro de Portugal diferem dos do Centro da Europa, Norte da Europa e Ásia; assim como os comprimentos das diatomáceas do Norte da Europa diferem dos de África e do Norte da América. A comparação por espécie à escala global revelou que o comprimento de Achnanthidium minutissimum de Portugal foi diferente do da África e Ásia; Achnanthidium subatomoides e Eolimna minima foram diferentes entre a região Centro de Portugal e o Norte da América e o comprimento da Eunotia incisa diferiu entre a Europa Central e o Norte da América. Os nossos resultados produziram uma informação mais ajustada relativa ao tamanho das diatomáceas da região Centro de Portugal que diferiu de outras regiões mundiais incluídas neste estudo. Este trabalho indicou assim que não considerar a plasticidade do tamanho das diatomáceas em estudos ecológicos pode resultar em conclusões erróneas e, por isso, estudos futuros serão necessários para investigar a variabilidade espacial dos atributos das diatomáceas.