La dimensione dei polipi come predittore dei tratti fisiologici nei coralli tropicali: lo scaling metabolico isometrico a livello del polipo mantiene la costanza energetica tra diverse specie di sclerattinie

In unitary organisms, the Metabolic Theory of Ecology posits that metabolic rate scales allometrically with body size, typically following a ¾-power law. However, modular organisms such as corals consist of repeated physiological units, and emerging evidence for isometric scaling of coral respiration at the polyp level raises the question of whether photosynthetic productivity and metabolic balance follow similar rules. This study quantified per-polyp gross photosynthesis, dark respiration, symbiont abundance, protein content and chlorophyll a across 15 Red Sea coral species, comprising 14 scleractinians and one hydrozoan, spanning three orders of magnitude in polyp surface area. Interspecific scaling analyses were restricted to the scleractinian species. Organic biomass, measured as ash-free dry weight, was strongly related to polyp surface area (Spearman’s  = 0.92, p < 0.001; log–log regression R2 = 0.95), supporting the use of surface area as a biomass proxy. Gross photosynthesis and dark respiration scaled isometrically with polyp surface area, with exponents of 1.02 (95% CI: 0.99–1.04) and 0.97 (95% CI: 0.95–1.00), respectively. Symbiont abundance increased slightly sublinearly with polyp surface area (b = 0.90, 95% CI: 0.83 to 0.98), whereas total chlorophyll a content per polyp increased supra-linearly with polyp surface area (b = 1.10, 95% CI: 1.05 to 1.15). Photosynthetic supply and respiratory demand therefore increased approximately in parallel with polyp surface area, while symbiont abundance and pigment content exhibited distinct scaling patterns. The P:R ratio remained relatively constant across polyp sizes compared with the much larger variation in absolute metabolic rates. These results are consistent with the hypothesis that modular organisation modifies the resource-transport constraints that generate metabolic allometry in unitary organisms. Together, these findings provide a mechanistic framework linking coral morphology to metabolism and support polyp surface area as a useful predictor of baseline metabolic capacity across the studied scleractinians, with potential applications in coral energy-budget models.

Negli organismi unitari, la Teoria Metabolica dell’Ecologia prevede che il tasso metabolico vari in modo allometrico con le dimensioni corporee, seguendo generalmente una legge di potenza con esponente pari a ¾. Tuttavia, gli organismi modulari, come i coralli, sono costituiti da unità fisiologiche ripetute, e le crescenti evidenze di una relazione isometrica tra respirazione e dimensione del polipo sollevano la questione se la produttività fotosintetica e il bilancio metabolico seguano regole analoghe. Questo studio ha quantificato, per singolo polipo, la fotosintesi lorda, la respirazione al buio, l’abbondanza dei simbionti, il contenuto proteico e il contenuto di clorofilla a in 15 specie di coralli del Mar Rosso, comprendenti 14 sclerattinie e un idrozoo, con una superficie dei polipi variabile su tre ordini di grandezza. Le analisi interspecifiche delle relazioni di scala sono state limitate alle specie di sclerattinie. La biomassa organica, misurata come peso secco privo di ceneri, era fortemente associata alla superficie del polipo (ρ di Spearman = 0.92, p < 0.001; regressione log–log R² = 0.95), sostenendo l’utilizzo della superficie come proxy della biomassa. La fotosintesi lorda e la respirazione al buio sono aumentate in modo isometrico con la superficie del polipo, con esponenti rispettivamente pari a 1.02 (IC 95%: 0.99–1.04) e 0.97 (IC 95%: 0.95–1.00). L’abbondanza dei simbionti è aumentata in modo leggermente sublineare con la superficie del polipo (b = 0.90, IC 95%: 0.83–0.98), mentre il contenuto totale di clorofilla a per polipo è aumentato in modo sopralineare (b = 1.10, IC 95%: 1.05–1.15). La produzione fotosintetica e la domanda respiratoria sono aumentate quindi approssimativamente in parallelo con la superficie del polipo, mentre l’abbondanza dei simbionti e il contenuto di pigmenti hanno mostrato relazioni di scala distinte. Il rapporto P:R è rimasto relativamente costante nell’intervallo di dimensioni dei polipi esaminato, rispetto alla variazione molto più ampia dei tassi metabolici assoluti. Questi risultati sono coerenti con l’ipotesi che l’organizzazione modulare modifichi i vincoli del trasporto delle risorse che determinano l’allometria metabolica negli organismi unitari. Nel complesso, questi risultati forniscono un quadro meccanicistico che collega la morfologia dei coralli al metabolismo e sostengono l’utilizzo della superficie del polipo come predittore della capacità metabolica in condizioni di riferimento nelle sclerattinie studiate, con potenziali applicazioni nei modelli di bilancio energetico dei coralli.