Níveis de dióxido de carbono (CO2) aumentaram dramaticamente na atmosfera e no oceano nos últimos dois séculos (Sabine et al., 2004). Isto teve efeitos directos no oceano: o pH médio mundial em águas superficiais diminuiu 0,1 unidades desde a revolução industrial e prevê-se que diminua até 0,4 unidades até 2100 (Orr et al., 2005). A exposição a condições de pH reduzido varia naturalmente entre os diferentes ecossistemas marinhos. Por exemplo, durante as crises de forte afloramento, os habitats marinhos próximos da costa oeste dos EUA já suportam exposições que duram dias a semanas de águas corrosivas subaturadas (em aragonite) que correspondem a condições susceptíveis de emergir à medida que o aumento do CO2 atmosférico provoca alterações na química dos oceanos e força física nas próximas décadas (Feely et al., 2004; Gruber et al., 2012). Previsões oceanográficas detalhadas modelando a dinâmica do pH na Corrente da Califórnia mostram que condições crônicas de baixo pH, além da variabilidade sazonal devido ao afloramento (Hofmann et al., 2011), ocorrerão nos próximos 40 anos (Gruber et al., 2012). Assim, muitas espécies temperadas podem já estar experimentando previsões de fim de século de pH para curtas durações, com a exposição a essas condições de baixo pH prevista para ser mais freqüente e de maior duração no futuro.
Além da acidificação oceânica em curso, também se prevê que eventos hipóxicos ocorram mais freqüentemente no futuro, particularmente na Corrente da Califórnia (Bograd et al., 2008; Hauri et al., 2009; Morel et al., 2010; Gruber, 2011). O upwelling traz pulsos de águas profundas que são altas em nutrientes, mas baixas em oxigênio, para habitats costeiros bentônicos próximos. O ciclo de aumento da produtividade do fitoplâncton alimentado por altos níveis de nutrientes do afloramento e do escoamento costeiro, seguido de decomposição microbiana e do consumo de oxigénio associado, pode reduzir ainda mais os níveis de oxigénio. O afloramento é mais frequente na primavera e no verão e, portanto, pode expor um amplo conjunto de espécies marinhas temperadas a baixo oxigênio e água com baixo pH durante períodos críticos de recrutamento. Este mecanismo de intensificação do afloramento, impulsionado pelo clima, pode estar contribuindo para a observação de que eventos hipóxicos têm aumentado em frequência, duração e extensão espacial ao longo da costa oeste dos EUA (Schwing e Mendelssohn, 1997; Snyder et al., 2003; Grantham et al., 2004; Chan et al., 2008). Observações adicionais indicam que concentrações decrescentes de DO ocorreram nas últimas décadas na região da California Current (Bograd et al., 2008; McClatchie et al., 2010; Booth et al., 2014), parcialmente em resposta ao aquecimento e aos processos oceanográficos em larga escala. A diminuição dos níveis de oxigénio pode resultar em aumentos do stress subletais aos organismos marinhos, mesmo que as concentrações permaneçam acima do limiar de hipoxia (geralmente definido como ocorrendo em torno de 2 mg O2 L-1, Vaquer-Sunyer e Duarte, 2008).
A sensibilidade das espécies marinhas à acidificação e hipoxia oceânicas depende das suas capacidades fisiológicas para tolerar os factores de stress ambiental. Algas marinhas, invertebrados e peixes são diferentemente susceptíveis a mudanças na química dos oceanos (Kroeker et al., 2013), com algumas espécies a exibirem efeitos negativos enquanto outras exibem respostas neutras ou positivas. Estudos recentes com peixes juvenis indicaram que o desenvolvimento em águas de baixo pH resulta no comprometimento dos sentidos olfativos (Munday et al., 2010), alterações no comportamento auditivo (Simpson et al., 2011; Rossi et al., 2016), perturbações na lateralização cerebral (Domenici et al., 2011), aumento dos níveis de ansiedade (Hamilton et al., 2013) e reduções na capacidade de actividade aeróbica (Munday et al., 2009; Hamilton et al., 2017). Em geral, as meta-análises indicaram que um conjunto de características de vida e comportamento são afectados por níveis elevados de CO2 em algumas espécies de peixes marinhos, enquanto outras espécies parecem ser mais tolerantes a estas alterações, especialmente aquelas que habitam ambientes temperados dinâmicos (Cattano et al., 2018).
Hypoxia também pode ter impactos prejudiciais nas fases iniciais da vida dos peixes teleost. Níveis extremamente baixos de oxigénio resultam tipicamente em mortalidade. A níveis moderados, os efeitos subletais incluem o aumento da ocorrência de deformidades larvares, tamanhos menores na eclosão, problemas respiratórios e depressão metabólica (Boutilier et al., 1998; Landry et al., 2007). Foi também demonstrado que a hipoxia afecta o comportamento anti-predador, de tal forma que os peixes em condições hipóxicas apresentam menor capacidade de resposta a sinais predadores, desempenho locomotor comprometido e alterações no comportamento escolar (Domenici et al., 2007). Em comparação com outros taxa marinhos, os peixes são frequentemente mais sensíveis à desoxigenação e podem exibir efeitos subletais de baixa exposição ao oxigénio, tais como redução do crescimento e alimentação, com concentrações de oxigénio inferiores a 4,5 g/L, com concentrações letais entre 1 e 2 mg/L (Levin, 2003; Vaquer-Sunyer e Duarte, 2008).
Alguns estudos indicaram que a exposição a águas com elevado teor de CO2 resulta num maior crescimento do otólito (pedra da orelha) em algumas espécies de peixes (Checkley et al.., 2009; Munday et al., 2011a; Hurst et al., 2012; Bignami et al., 2013; Maneja et al., 2013; Rossi et al., 2016; Shen et al., 2016; Martino et al., 2017; Di Franco et al., 2019), com efeitos ampliados quando os níveis de CO2 foram aumentados de 1000 para mais de 4000 μatm. A alometria do crescimento somático e otólito também pode ser alterada pela acidificação oceânica, como reflectido nas mudanças na relação tamanho dos peixes (Réveillaca et al., 2015; Di Franco et al., 2019). Em contraste, outros estudos não mostraram efeitos do CO2 elevado no crescimento do otólito ou na relação tamanho do otólito em outras espécies de peixes em gamas semelhantes de CO2 elevado (Franke, 2011; Munday et al., 2011b; Simpson et al., 2011; Frommel et al., 2013; Perry et al., 2015). Dada a importância dos otólitos para a audição, equilíbrio e equilíbrio espacial, alguns estudos indicaram que a acidificação oceânica tem a capacidade de influenciar as funções sensoriais (Simpson et al., 2011; Munday et al., 2011a; Bignami et al., 2013; Rossi et al., 2016), enquanto outros estudos encontraram resultados ambíguos (Shen et al., 2016). A hipoxia, em contraste, parece tipicamente deprimir o crescimento dos otólitos em comparação com peixes criados em condições normoxicais (Sepulveda, 1994; Hales and Able, 1995). A magnitude da resposta do crescimento parece estar relacionada com a intensidade e duração da hipoxia experimentada, sendo o crescimento dos otólitos mais deprimido a níveis de oxigénio inferiores a 4 mg/L. Com base nessas observações, a acidificação e hipoxia oceânicas são preditas a ter efeitos opostos no crescimento otólito.
Como um primeiro passo para investigar a importância relativa da acidificação e hipoxia oceânicas no crescimento otólito (i.e, alterações na relação entre o tamanho do otólito e o tamanho do peixe), testamos os efeitos independentes do elevado pCO2 e do baixo oxigénio dissolvido (DO) numa gama de valores para cada stressor em duas espécies de juvenis de rockfish: o copper rockfish (Sebastes caurinus) e o blue rockfish (S. mystinus). Anteriormente, nós mostramos que a acidificação dos oceanos pode prejudicar as respostas comportamentais e a fisiologia natatória no rocha de cobre, com pouca evidência de efeitos de alto CO2 no rocha azul (Hamilton et al., 2017). Também testamos os efeitos da hipoxia, descobrindo que o desempenho aeróbico é prejudicado em baixos níveis de DO em ambas as espécies e que as respostas comportamentais são alteradas no rocha de cobre (Mattiasen, 2018). O Cobre e o Peixe-rocha azul são espécies próximas à costa que habitam recifes rochosos e leitos de algas. Os juvenis de peixe-rocha de cobre (< 2 meses de idade) ocorrem no dossel de algas perto da superfície enquanto os juvenis de peixe-rocha azul (3-4 meses de idade) se instalam e agregam em cardumes perto dos bentos (Love et al., 2002). Ambas as espécies experimentam mudanças ontogenéticas no uso do habitat. O peixe-rocha adulto cobre está fortemente associado ao bentos, enquanto que o peixe-rocha adulto azul escolarizado no meio da água (Love et al., 2002). O contraste em habitats de povoamento (e.g., copa para o peixe-rocha cobre, recifes bentónicos para o peixe-rocha azul) é consistente com a sua distribuição vertical como juvenis pelágicos: o peixe-rocha cobre ocupa camadas superficiais, enquanto o peixe-rocha azul parece ocupar camadas mais profundas (Lenarz et al., 1991). Porque os níveis de pH e DO são frequentemente estratificados verticalmente na coluna de água devido à fotossíntese e respiração (Frieder et al., 2012), estas espécies podem ser expostas a química distinta durante o desenvolvimento, o que pode afectar a sua sensibilidade e tolerância aos factores de stress das alterações climáticas.
Muitas vezes, os efeitos da acidificação oceânica e hipoxia no crescimento otolital foram estudados separadamente e em diferentes espécies, o que torna difícil identificar a importância relativa de qualquer um dos factores de stress na direcção e magnitude da resposta do crescimento. Além disso, muitos estudos anteriores expuseram indivíduos a condições de tratamento com pCO2 elevado e baixa DO em escalas de tempo relativamente curtas (dias a semanas). Aqui nós examinamos os efeitos independentes de cada stressor no crescimento de otólitos em cobre e rocha azul após exposição crônica a mudanças na química dos oceanos durante um período de 5-6 meses. Com base em estudos anteriores, prevemos que o pCO2 elevado resultaria em otólitos relativamente maiores para um dado tamanho de peixe, enquanto que níveis baixos de DO diminuiriam o crescimento dos otólitos. Dado que o roqueiro de cobre parece ser mais sensível a altos níveis de CO2 e baixos DO do que o roqueiro azul nas suas respostas fisiológicas e comportamentais, também colocámos a hipótese de que as respostas de crescimento de otólitos seriam mais fortes no roqueiro de cobre.