Επιπτώσεις περιβαλλοντικών διαβαθμίσεων της υδάτινης στήλης στις βενθικές κοινότητες

Abstract

The scope of this study was to evaluate the impact of the main environmental gradients on the distribution of benthic species of the Greek waters. In addition, we re-examine the baselines of benthic ecology regarding the community structure and species succession along an environmental stressor.Through our work we highlight the importance of the species geographic positions along the main environmental gradients which shape the species responses. The benthic communities of this study presented various responses unlike the traditional approach which is based on the use of relevant benthic indices. The benthic communities of the Aegean Sea were defined by the environmental gradients of salinity, temperature and primary productivity found in these marine region. Diversity was significantly lower in areas that are characterised by upper and lower extremes of the environmental values. Consequently, increased diversity was documented in areas characterised by mild environmental disturbance. This is attributed to the fact that marine areas with reduced environmental stress, functionally different species co-occur due to their ecological differences which allow the use of different sources and sediment position.Based on traditional approaches, the coastal benthic communities of the Aegean Sea did not reflect the water column ecological status in terms of eutrophication. However, a species-level approach rendered valuable insights regarding the environmental status of the water column. More specifically, through this work’s proposed methodology, the bivalve distribution responded accordingly to the water column chlorophyll – a concentration. The main approach in this work was consisted by two steps: The first step was to identify the indicator species of a specific habitat and the second step was to incorporate them in relevant Species Distribution Modelling Methods in order to identify their habitat suitability. The tolerant species Corbula gibba (Olivi, 1792) was the indicator species of the eutrophic areas of this study and the habitat suitability derived from the modelling process reflected the overall eutrophication status. Accordingly, the sensitive species Flexopecten hyalinus (Poli, 1795) was the indicator species of pristine areas with minimum environmental disturbance in terms of chlorophyll concentration. Based on the mentioned methodology, the relevance of the present ecological classes of the benthic species was evaluated under the scope of climate change. For this aim we also used the sensitive species Moerella donacina (Linnaeus, 1758) and the tolerant species Abra prismatica (Montagu, 1808). Based on the findings of this study, an overall reduction of the distribution was observed for the tolerant species when projected under the RCP8.5 for the year 2100. The species Moerella donacina is expected to retain the main part of its habitats under the increase of ~ 3 ˚C while an overall geographic expansion is expected for the sensitive species Flexopecten hyalinus. According to our findings, the species responses to climate change (or any other environmental stressor) depends on their climatic suite that shapes their niche regardless of their present disturbance classification (sensitive or tolerant).Our initial hypothesis regarding the use of indicator species as proxies of environmental disturbance is met. Through our work, we highlight the use of benthic indicator species as biotic tools for assessing the effects of various stressors such as eutrophication and climate change on marine ecosystems. Additionally, we suggest the use of ecological niche as a suitable metric to assess the tolerance of a species to an environmental stressor. The habitat suitability models represent an important alternative in marine health assessment rendering accurate results much faster than the traditional methods used in benthic ecology.

Η παρούσα μελέτη έχει σαν απώτερο στόχο την αξιολόγηση των επιπτώσεων των κύριων περιβαλλοντικών διαβαθμίσεων στην κατανομή των βενθικών κοινοτήτων του ελληνικού χώρου. Παράλληλα επανεξετάζει τις βάσεις και τις αρχές της βενθικής οικολογίας που αφορούν την δομή των βενθικών κοινοτήτων ως απόκριση στην περιβαλλοντική διατάραξη. Μέσα από τα αποτελέσματα της μελέτης αναδεικνύεται η σημασία της χωρικής θέσης των βενθικών ειδών κατά μήκος των περιβαλλοντικών διαβαθμίσεων η οποία και καθορίζει άμεσα την απόκριση του είδους. Σε επίπεδο κοινότητας, οι αποκρίσεις ήταν μεγαλύτερες σε αριθμό από ότι θα αναμενόταν με βάση τους σχετικούς βιοτικούς δείκτες. Οι περιβαλλοντικές διαβαθμίσεις θερμοκρασίας, αλατότητας και πρωτογενούς παραγωγικότητας στον χώρο του Αιγαίου πελάγους συνέβαλαν σημαντικά στη συγκρότηση των βενθικών κοινοτήτων καθώς σε περιοχές που παρατηρήθηκαν ακραίες τιμές καταγράφηκαν είδη ανθεκτικά στις συνθήκες καταπόνησης για τον εκάστοτε παράγοντα. Σε περιοχές με ήπια καταπόνηση παρατηρήθηκε αυξημένη λειτουργική ποικιλότητα στις βενθικές κοινότητες εξαιτίας των αντίθετων οικολογικών στρατηγικών που χαρακτηρίζουν τους οργανισμούς που οδηγεί σε διαφορετική εκμετάλλευση πόρων και θέσης στο ίζημα.Οι παράκτιες βενθικές κοινότητες του Αιγαίου πελάγους δεν αντιπροσώπευαν την οικολογική κατάσταση όσον αφορά τα επίπεδα ευτροφισμού της υδάτινης στήλης με βάση την υπάρχουσα προσέγγιση στην αξιολόγηση των θαλάσσιων οικοσυστημάτων. Αντιθέτως, η ταξινομική βαθμίδα του είδους ήταν ικανή να προσδώσει σημαντικές πληροφορίες σχετικά με την περιβαλλοντική κατάσταση της υδάτινης στήλης. Συγκεκριμένα, μέσω της προτεινόμενης μεθοδολογίας στην παρούσα μελέτη, η κατανομή των βενθικών δίθυρων αποκρινόταν αντίστοιχα στην διαβάθμιση της πρωτογενούς παραγωγικότητας μέσω της συγκέντρωσης χλωροφύλλης – α. Η κύρια προσέγγισης της εργασίας αποτελείται από την χρήση βενθικών ειδών που αντιπροσωπεύουν συγκεκριμένες περιβαλλοντικές συνθήκες και ενδιαιτήματα (είδη – δείκτες) σε συνδυασμό με μοντέλα κατανομής για πρόβλεψη της κατανομής των ειδών στον χώρο. Το ανθεκτικό είδος Corbula gibba (Olivi, 1792) στην παρούσα μελέτη ήταν αντιπροσωπευτικό είδος των σταθμών με αυξημένα ποσοστά ευτροφισμού και ο χάρτης κατανομής του χαρακτήριζε τις θαλάσσιες περιοχές με περιβαλλοντική διατάραξη ως προς αυτή την περιβαλλοντική πίεση. Αντίστοιχα το ευαίσθητο είδος Flexopecten hyalinus (Poli, 1795) ήταν αντιπροσωπευτικό των σταθμών με μειωμένα επίπεδα ευτροφισμού και ο χάρτης κατανομής του χαρακτήριζε τις περιοχές με μειωμένη περιβαλλοντική διατάραξη όσον αφορά τα επίπεδα χλωροφύλλης. Με βάση την προηγουμένη μεθοδολογία, αξιολογήθηκε η σχετικότητα της οικολογικής κατάταξης των προαναφερθέντων ειδών όσον αφορά την ανοχή τους στην περιβαλλοντική διατάραξη υπό το πρίσμα της κλιματικής αλλαγής. Για το συγκεκριμένο στόχο χρησιμοποιήθηκαν επίσης τα είδη Moerella donacina (Linnaeus, 1758) και Abra prismatica (Montagu, 1808) που χαρακτηρίζονται ως «ευαίσθητο» και «ανθεκτικό» αντίστοιχα. Τα αποτελέσματα παρουσίασαν μια σημαντική πιθανή μείωση των ενδιαιτημάτων των ανθεκτικών ειδών κατά την προβολή του σεναρίου RCP85 για το έτος 2100. Το είδος Moerella donacina αναμένεται να διατηρήσει ένα σημαντικό κομμάτι του ενδιαιτήματος του με αύξηση ~ 3 ˚C ενώ αναμένεται επέκταση των γεωγραφικών ορίων για το ευαίσθητο είδος Flexopecten hyalinus. Με βάση τα αποτελέσματα της μελέτης η απόκριση του κάθε θαλάσσιου είδους στην παγκόσμια αύξηση της θερμοκρασίας δεν σχετίζεται με την υπάρχουσα οικολογική του κατάταξη (ευαίσθητο – ανθεκτικό). Το εύρος ανοχής του σε κάθε παράγοντα καταπόνησης (σε αυτή την περίπτωση, αύξηση θερμοκρασίας) είναι ανάλογο με τους κλιματικούς παράγοντες που διαμορφώνουν τον οικολογικό του θώκο. Η συσχέτιση της πρόγνωσης των κατάλληλων ενδιαιτημάτων των ειδών-δεικτών με την οικολογική κατάσταση της υδάτινης στήλης που αποτελούσε και το βασικό πυλώνα της μελέτης επιβεβαιώθηκε. Μέσα από την παρούσα μελέτη αναδεικνύεται η σημασία της χρήσης των ειδών-δεικτών ως βιοτικά εργαλεία για τη μελέτη των θαλάσσιων ενδιαιτημάτων όσον αφορά περιβαλλοντικές διαταραχές όπως ο ευτροφισμός και η κλιματική αλλαγή. Επίσης, τονίζεται η σημασία των κυριότερων κλιματικών παραμέτρων που πλαισιώνουν τον οικολογικό θώκο του είδους ως ιδανικό μέσο για βαθμονόμηση της ευαισθησίας ή ανθεκτικότητας ενός είδους. Τα μοντέλα κατανομής που προβλέπουν την καταλληλόλητα των ενδιαιτημάτων των ειδών-δεικτών αποτελούν μια εναλλακτική προσέγγιση στην περιβαλλοντική παρακολούθηση που προσδίδει έγκυρα αποτελέσματα και σε σημαντικά λιγότερο χρόνο σε σχέση με τις παραδοσιακές μεθόδους βενθικής οικολογίας.