Nutrient release and grazing effects by two exotic Thiaridae snails on periphyton biomass under artificial conditions

Abstract

Thiara (Tarebia) granifera and Melanoides tuberculata are invasive parthenogenetic snails that impact food webs in tropical freshwater systems. Due to their high reproductive rate, both snails dominate the community of herbivores during conditions of higher nutrient availability and when the benthic biomass is high. These species should impact the aquatic trophic status by differential grazing and should affect the diversity and abundance of primary producers. Previous research shows knowledge gaps related to how these two snails may independently (or jointly could) influence the periphyton biomass and diversity, as well as niche-related environmental conditions. In this thesis, I examined the nutrient release of both snail species and how this is related to the periphyton biomass as judged by measurements of chlorophyll-a, total nitrogen and total phosphorus. Four treatments consisting of a control, T. (T.) granifera, M. tuberculata, and both species interacting, were set in artificial systems (mesocosms) and replicated four times. Each experiment unit (except control) consisted of 14 adult snails. Nutrient release assays, physico-chemical parameters measured in-situ (dissolved oxygen, temperature, pH and turbidity) and standing crop of the periphyton (via chlorophyll-a determinations and taxonomic assessment) were evaluated at five different times during 28 to 30 days after the introduction of the snails. Both species were measured (size, length of opercular aperture and spire) at the beginning and at the end of the sampling periods. Born juveniles were quantified at the end of the sampling periods. TN and NO3-N released by snails varied by treatments and periods of sampling; however, in the interaction of both snails, the concentrations were similar. Among the parameters measured in-situ, temperature varied significantly by periods of sampling. DO and pH showed a lineal correlation in presence of T. (T.) granifera alone. Also, T. (T.) granifera, either alone or interacting with M. tuberculata, released more juveniles. M. tuberculata showed a significant difference (p < 0.05) in rate of change of the shell length in competition with T. (T.) granifera. Both snails showed correlations in external morphological traits (opercular aperture, shell length and spire), especially when each species was kept apart. T. (T.) granifera seemed to reduce the periphyton standing crop (lower chl-a), probably due to grazing effects; the presence of this snail seemed was related to the dominance by cyanobacteria, such as Chroococcus, Anabaena, and species of Microcystaceae. During periods of sampling, the treatment with M. tuberculata showed the largest periphyton biomass and the highest proliferation of green algae (Chlorophyta) (as a possible food source), suggesting that it exerts a different grazing pressure on periphyton, when compared to T. (T.) granifera. Thus, both Thiarid species seemed to exert different effects on the nutrient concentrations and on the abundance and diversity of the algal species.

Thiara (Tarebia) granifera y Melanoides tuberculata son caracoles partenogenéticos e invasivos que impactan la red alimenticia en sistemas tropicales dulceacuícolas. Por su alta capacidad reproductiva, ambas especies dominan la comunidad de herbívoros durante condiciones de alta disponibilidad de nutrientes y la biomasa béntica es alta. Estas especies deberían impactar el estado trófico mediante un pastoreo diferencial y deberían afectar la abundancia y biodiversidad de productores primarios. Estudios previos muestran lagunas en conocimiento relacionados a como estos dos caracoles pueden, independientemente o conjuntamente, influenciar la biomasa perifitónica y diversidad, así como las condiciones ambientales relacionadas con el nicho. En esta tesis examiné los efectos de liberación de nutrientes de estos caracoles y cómo esto se relacionó a la biomasa perifitónica, juzgando por mediciones de clorofila-a, nitrógeno total y fósforo total. Se utilizaron cuatro sistemas artificiales (mesocosmos), consistiendo en un control, T. (T.) granifera, M. tuberculata y ambas especies coexistiendo, que fueron replicados cuatro veces. Cada unidad experimental (excepto el grupo control) consistió de 14 caracoles adultos. Ensayos de liberación de nutrientes, parámetros físico-químicos medidos in-situ (oxígeno disuelto, temperatura, pH y turbidez) y la productividad perifitónica (mediante clorofila-a y evaluación taxonómica) fueron evaluados en cinco diferentes tiempos durante 28 a 30 días después de introducido los caracoles. Ejemplares de ambas especies fueron medidos (tamaño de la concha, largo de la apertura del opérculo y éspira) al principio y al finalizar los períodos de muestreo. El nitrógeno total (TN) y el nitrato (NO3-N) de los ensayos de liberación de nutrientes por los caracoles variaron entre tratamientos y períodos de muestreo; las concentraciones fueron similares en la interacción de ambos caracoles. De enre los parámetros medidos in-situ, solo la temperatura varió significativamente entre períodos de muestreo. El oxígeno disuelto y pH mostraron una correlación lineal en presencia de T. (T.) granifera. Además, T. (T.) granifera, tanto solo o coexistiendo con M. tuberculata, liberó mayor cantidad de juveniles. M. tuberculata mostró diferencias significativas (p < 0.05) en la razón de cambio del largo de la concha en competencia con T. (T.) granifera. Ambos caracoles mostraron correlaciones significativas en rasgos morfológicos externos (apertura del opérculo, largo de concha y éspira), en especial cuando ambas especies estaban aparte. T. (T.) granifera pareció reducir la productividad perifitónica (clorofila-a baja), probablemente por efecto de pastoreo; la presencia de esta especie se relacionó con la dominancia de cianobacterias, tales como Chroococcus, Anabaena, así como especies de la familia Microcystaceae. Durante los períodos de muestreo, el tratamiento con M. tuberculata mostró los valores más altos de clorofila-a y la alta proliferación de algas verdes (Chlorophyta) (posible fuente de alimento), sugiriendo que la especie ejerce una presión de pastoreo diferente sobre el perifitón, en comparación con T. (T.) granifera. Por lo tanto, ambas especies de Thiaridae parecen ejercer efectos diferentes sobre las concentraciones de nutrientes y sobre la abundancia y diversidad de especies algales.