A review of the influence of low ambient calcium concentrations on freshwater daphniids, gammarids, and crayfish

ISSN： 1181-8700

Source： Environmental Reviews, Vol.17, Iss.1, 2009-02, pp. : 67-79

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Abstract

The widespread decline in aqueous calcium (Ca) is emerging as a newly recognised stressor in freshwater ecosystems in regions with historically high acid deposition, especially when coupled with multiple logging cycles. Currently, Ca and other base cations are being depleted in the soils of acid-sensitive watersheds of eastern North America and western Europe, resulting in falling Ca levels in streams and lakes. Freshwater crustaceans have high Ca demands due to their heavily calcified exoskeleton and regular moult cycle. Because they rely on Ca in the external environment for the majority of their Ca uptake, aquatic crustaceans are restricted to waters at or above the Ca concentration needed to satisfy their demands. The zoogeographic distributions along ambient Ca gradients, and Ca requirements and metabolism of three groups of freshwater crustaceans — daphniids, crayfish and gammarids — have been relatively well studied. Here we have four objectives: (1) We briefly review biological features of the above three taxa that relate to Ca metabolism. (2) We review the literature regarding minimum Ca thresholds permitting survival, Ca saturation points, and the individual and population scale costs of existence at suboptimal Ca concentrations. (3) Using Daphnia as an example, we explore the ecological consequences of falling environmental Ca concentrations. (4) We identify gaps and weaknesses in the literature that may inhibit the development of environmental risk assessments for Ca decline for these three crustacean groups. We conclude that crayfish are especially vulnerable to ongoing Ca decline, and that all three taxa are probably living under suboptimal conditions in areas of Ca decline, and are therefore likely under chronic metabolic stress.Le déclin généralisé du calcium (Ca) aqueux constitue un nouvel agent stressant dans les écosystèmes aquatiques des régions ayant un historique de fortes dépositions acides, surtout lorsque couplé avec de multiples cycles de récolte forestière. Présentement, on observe un épuisement du Ca et autres cations basiques dans les sols de bassins versants sensibles aux acides dans l'est de l'Amérique du Nord et en Europe de l'Ouest, ce qui conduit à une chute des teneurs en Ca dans les rivières et les lacs. Les crustacés d'eau douce requièrent de fortes quantités de Ca compte tenu de leur cytosquelette fortement calcifié et de leurs cycles réguliers de mue. Parce qu'ils dépendent du Ca de l'environnement externe pour la majorité de l'absorption de leur Ca, les crustacés aquatiques sont confinés aux eaux atteignant ou supérieures à la concentration de Ca dont ils ont besoin. Les distributions zoogéographiques le long de gradients ambiants en Ca, et les besoins ainsi que le métabolisme de trois groupes de crustacés- daphnides, écrevisses et gammarides, ont reçu une attention relativement bonne. Les auteurs ont poursuivi quatre objectifs. (1) Ils ont effectué une brève revue des caractéristiques des trois taxons cités plus haut en relation avec le métabolisme du Ca. (2) Ils ont révisé la littérature concernant les seuils minimums critiques en Ca permettant la survie, les points de saturation en Ca et l'échelle de coût sur l'existence aux teneurs suboptimales en Ca. (3) Ils ont utilisé les Daphnia comme exemple et ont exploré les conséquences écologiques de la chute des teneurs environnementales en Ca. (4) Ils ont identifié les déficiences et les faiblesses de la littérature qui pourraient empêcher les évaluations des risques environnementaux du déclin en Ca sur ces trois groupes de crustacés. Les auteurs concluent que les écrevisses sont particulièrement vulnérables au déclin continu du Ca, et que les trois taxons vivent probablement tous sous les conditions optimales dans les régions où le Ca diminue et conséquemment vivent sous un stress métabolique constant.