Questa ricerca ha avuto come oggetto di studio le modificazioni ecologiche indotte da un disturbo su vasta scala, analizzate a diversi livelli gerarchici di organizzazione biologica (individuo, popolazione, comunità, ecosistema). Lo scopo è stato quello di compararne l'importanza e considerare le risposte omeostatiche che conferiscono stabilità ai sistemi ecologici. Come fonte di disturbo ecologico è stata considerata l'attività di pesca demersale. A livello individuale, il processo di cattura dovuto all'azione di pesca è stato analizzato nei suoi componenti principali (danneggiamento fisico, esposizione all'aria, shock termico) considerando gli effetti singoli e sinergici rispetto ad una specie di crostaceo brachiuro Liocarcinus depurator, in termini di alterazioni metaboliche, stress a livello fisiologico, sopravvivenza ed eventuali modificazioni di alcuni moduli comportamentali (Capp. 2, 3, 4). I risultati hanno mostrato che l'esposizione all'aria ad elevate temperature determina i maggiori effetti su questo decapode, in quanto esso è adattato e diffuso in ambienti sublirtorali caratterizzati da fluttuazioni ambientali ridotte. A livello di popolazione la valutazione del danneggiamento fisico conseguente alle fasi di cattura e sorting a bordo dei pescherecci, è stata realizzata quantificando numero e tipologia delle appendici perdute, e confrontando i danneggi amenti cronici e quelli recenti in aree soggette a diverso sforzo di pesca (Ch. 5). Le analisi condotte hanno permesso di evidenziare una maggiore incidenza di danneggiamenti cronici nelle aree intensamente sfruttate. Nonostante l'elevata mortalità legata al disturbo della pesca, L. depurator è tuttora piuttosto diffuso anche in aree intensamente sfruttate. Tutto ciò è da porsi in relazione alla presenza di una sorta di "trade-off ' tra i costi energetici associati al disturbo della pesca (stress, mortalità, perdita di appendici, menomazione di alcune funzioni) ed i ridotti costi energetici di foraggiamento, associati alla capacità di questo brachiuro di nutrirsi degli organismi scartati dall'attività di pesca. Tutto ciò potrebbe rendere meno deleteri gli effetti del disturbo indotto dalla pesca conferendo una maggiore stabilità alle popolazioni disturbante. A livello intra-specifico, le caratteristiche strutturali e di stabilità dell'emocianina di L. depurator sono state considerate confrontando 7 differenti popolazioni provenienti dal mare Adriatico e dall'Oceano Atlantico Nord occidentale, mentre per un confronto inter-specifico sono state analizzate emocianine provenienti da 6 specie congeneri o appartenenti, comunque, alla famiglia dei Portunidi (Cap. 6) provenienti dalle medesime aree. I risultati hanno permesso di evidenziare una marcata eterogeneità sia a livello intra che interspecifico, che è stata messa in relazione all'ecologia delle specie (in termini di habitat occupati) ed alla variabilità ambientale delle diverse aree campionate. A livello di comunità bentonica, sono stati considerati gli aspetti funzionali in merito al processo di ricolonizzazione a seguito di un singolo evento di disturbo fisico. Le analisi sono state condotte comparativamente in due comunità del Nord Adriatico adottando uno schema sperimentale del tipo BACI ed esaminando i pattern relativi ad i principali gruppi trofici (Cap. 7). Il fenomeno di ricolonizzazione è guidato, nelle fasi iniziali, dagli "scavengers" potenziali in entrambi gli habitat, sebbene, come evidenziato mediante l'applicazione di indici termodinamici quali l'exergia, i processi coinvolti abbiano caratteristiche e tempistica sito-specifiche. Il confronto tra i siti sperimentali ed aree intensamente sfruttate contigue, ha permesso di verificare come l'intensa attività di pesca induca una riduzione della produzione e della biomassa della comunità bentonica. Gli effetti cronici dell'attività di pesca a livello di Nord Adriatico sono stati valutati comparando quantità e composizione dello scarto delle diverse attività di pesca a strascico durante il 2002 con dati storici relativi a campagne di monitoraggio della pesca e precedenti descrizioni delle comunità bentoniche (Cap. 8). Queste analisi hanno evidenziato fenomeni rilevanti quali la forte riduzione del rapporto scarto:commerciale, l'omogenizzazione della comunità bentonica e la scomparsa delle specie più vulnerabili (elevate dimensioni, crescita lenta). I risultati ottenuti hanno permesso infine di stimare in 25-35%, la frazione di produzione primaria del bacino Nord Adriatico necessaria per sostenere l'attività di pesca in tale bacino (Cap. 9). In conclusione, la ricerca realizzata ha permesso di descrivere come l'applicazione di un disturbo ecologico su vasta scala induca negli organismi delle risposte a livello individuale legate alle caratteristiche ecologiche delle specie ed alle peculiarità degli agenti di disturbo. I risultati conseguiti, hanno evidenziato come l'insieme delle relazioni dirette ed indirette influenzino le risposte dei livelli gerarchici superiori, mediante la comparsa di proprietà emergenti, quali la stabilità dinamica e le traiettorie dello sviluppo, determinando così la configurazione strutturale e funzionale delle comunità e dell'ecosistema nel suo complesso. This research focused on the effect of large-scale disturbance at several hierarchical levels of biological organisation (individual, population, community, ecosystem) and aimed to provide a comparison between the magnitude of the agents of disturbance and the homeostatic responses which confer stability on the ecological systems. Demersal fishing activity was considered as the source of ecological disturbance. At an individual level, the process of capture associated with fishing was analysed in its components (i.e. physical damage, exposure to air, thermal shock) taking into account both their individual and synergistic effects. Alterations in the metabolism and homeostatic capabilities, physiological stress, survival rates and the agonistic behaviour in the crustacean Brachyura Liocarcinus depurator were assessed (Ch. 2, 3, 4). Results highlighted that exposure to air at high temperatures during the sorting operations has the most detrimental effects on this decapod, due to the fact that L. depurator is a sublittoral species, adapted to rather stable environments. At a population level the sub-lethal injury frequencies, in terms of limbs lost resulting from the capture process, were assessed by comparing the level of chronic and recent damage (induced by the fishing activity itself) among different populations in the Northern Adriatic Sea (Ch. 5). Chronic damage was shown to be more frequent in the high fishing effort areas confirming a link with the trawl fishing activity. Notwithstanding the high damage and fishing mortality suffered in these areas, L. depurator revealed to be one of the dominant species, and this could be associated with a sort of trade-off between the high energetic costs payed by the populations due to the fishing activities (mortality, sub-lethal damages and subsequent function impairment) and the low costs associated to feeding on species discarded by the fishing activity. At an intra-specific level, the patterns of haemocyanin expression were compared among 7 populations of L. depurator from the Northern Adriatic Sea and the North West Atlantic Ocean. At an inter-specific level the haemocyanin stability of 6 species belonging to the same genus or family and collected in the same areas were carried out (Ch. 6). Results revealed an intra- and inter-specific structural variability in the sub-unit composition and stability of haemocyanins, which were to species ecology (habitat) and sampling sites environmental variability. At a community level, the shift from equilibrium and the recovery dynamics after a pulse disturbance were compared between two different benthic communities (mud and sand grounds) in the Northern Adriatic Sea, by adopting a BACI experimental scheme and paying special attention to the functional role of the trophic guilds (Ch. 7). In both habitats, the early successional stages of the recovery were driven by the potential scavengers even if, as highlighted by the application of the Exergy, some differences occurred in the patterns and timing of this process. The analyses of the benthic communities in heavily fished grounds allowed us to show that in these sites the intensive fishing activies induced a reduction in the benthic community biomass and production. At an ecosystem level, the chronic effects of fishing disturbance on the Northern Adriatic Sea were assessed by comparing the quantity and composition of the species discarded by different demersal fishing activities in 2002 to historical data from trawl surveys and the pre-existing benthic communities (Ch. 8). These analyses highlighted a steep reduction in the discard ratio (discarded catch:commercial catch) and the occurrence of a homogenisation of the benthic community and the depletion of highly vulnerable populations (large sized individuals, slow growth). The primary production required to sustain demersal fishery was estimated to be 25-35% of the total primary production of this area (Ch. 9). In conclusion, this research allowed us to show that large-scale ecological disturbance induces on organisms individual responses which depend both on the ecological features of the disturbed species and on the characteristics of the agents of disturbance. Results showed that the direct and the indirect relationshps determine the response of the higher hierarchical levels of organisation through emerging properties like their dynamic stability and development trajectories, thus determining the structure and functioning of the community and the ecosystem.
Assessment of ecological disturbance in marine environments / Raicevich, Sasa. - (2004 Jan 30).
Assessment of ecological disturbance in marine environments
Raicevich, Sasa
2004-01-30
Abstract
Questa ricerca ha avuto come oggetto di studio le modificazioni ecologiche indotte da un disturbo su vasta scala, analizzate a diversi livelli gerarchici di organizzazione biologica (individuo, popolazione, comunità, ecosistema). Lo scopo è stato quello di compararne l'importanza e considerare le risposte omeostatiche che conferiscono stabilità ai sistemi ecologici. Come fonte di disturbo ecologico è stata considerata l'attività di pesca demersale. A livello individuale, il processo di cattura dovuto all'azione di pesca è stato analizzato nei suoi componenti principali (danneggiamento fisico, esposizione all'aria, shock termico) considerando gli effetti singoli e sinergici rispetto ad una specie di crostaceo brachiuro Liocarcinus depurator, in termini di alterazioni metaboliche, stress a livello fisiologico, sopravvivenza ed eventuali modificazioni di alcuni moduli comportamentali (Capp. 2, 3, 4). I risultati hanno mostrato che l'esposizione all'aria ad elevate temperature determina i maggiori effetti su questo decapode, in quanto esso è adattato e diffuso in ambienti sublirtorali caratterizzati da fluttuazioni ambientali ridotte. A livello di popolazione la valutazione del danneggiamento fisico conseguente alle fasi di cattura e sorting a bordo dei pescherecci, è stata realizzata quantificando numero e tipologia delle appendici perdute, e confrontando i danneggi amenti cronici e quelli recenti in aree soggette a diverso sforzo di pesca (Ch. 5). Le analisi condotte hanno permesso di evidenziare una maggiore incidenza di danneggiamenti cronici nelle aree intensamente sfruttate. Nonostante l'elevata mortalità legata al disturbo della pesca, L. depurator è tuttora piuttosto diffuso anche in aree intensamente sfruttate. Tutto ciò è da porsi in relazione alla presenza di una sorta di "trade-off ' tra i costi energetici associati al disturbo della pesca (stress, mortalità, perdita di appendici, menomazione di alcune funzioni) ed i ridotti costi energetici di foraggiamento, associati alla capacità di questo brachiuro di nutrirsi degli organismi scartati dall'attività di pesca. Tutto ciò potrebbe rendere meno deleteri gli effetti del disturbo indotto dalla pesca conferendo una maggiore stabilità alle popolazioni disturbante. A livello intra-specifico, le caratteristiche strutturali e di stabilità dell'emocianina di L. depurator sono state considerate confrontando 7 differenti popolazioni provenienti dal mare Adriatico e dall'Oceano Atlantico Nord occidentale, mentre per un confronto inter-specifico sono state analizzate emocianine provenienti da 6 specie congeneri o appartenenti, comunque, alla famiglia dei Portunidi (Cap. 6) provenienti dalle medesime aree. I risultati hanno permesso di evidenziare una marcata eterogeneità sia a livello intra che interspecifico, che è stata messa in relazione all'ecologia delle specie (in termini di habitat occupati) ed alla variabilità ambientale delle diverse aree campionate. A livello di comunità bentonica, sono stati considerati gli aspetti funzionali in merito al processo di ricolonizzazione a seguito di un singolo evento di disturbo fisico. Le analisi sono state condotte comparativamente in due comunità del Nord Adriatico adottando uno schema sperimentale del tipo BACI ed esaminando i pattern relativi ad i principali gruppi trofici (Cap. 7). Il fenomeno di ricolonizzazione è guidato, nelle fasi iniziali, dagli "scavengers" potenziali in entrambi gli habitat, sebbene, come evidenziato mediante l'applicazione di indici termodinamici quali l'exergia, i processi coinvolti abbiano caratteristiche e tempistica sito-specifiche. Il confronto tra i siti sperimentali ed aree intensamente sfruttate contigue, ha permesso di verificare come l'intensa attività di pesca induca una riduzione della produzione e della biomassa della comunità bentonica. Gli effetti cronici dell'attività di pesca a livello di Nord Adriatico sono stati valutati comparando quantità e composizione dello scarto delle diverse attività di pesca a strascico durante il 2002 con dati storici relativi a campagne di monitoraggio della pesca e precedenti descrizioni delle comunità bentoniche (Cap. 8). Queste analisi hanno evidenziato fenomeni rilevanti quali la forte riduzione del rapporto scarto:commerciale, l'omogenizzazione della comunità bentonica e la scomparsa delle specie più vulnerabili (elevate dimensioni, crescita lenta). I risultati ottenuti hanno permesso infine di stimare in 25-35%, la frazione di produzione primaria del bacino Nord Adriatico necessaria per sostenere l'attività di pesca in tale bacino (Cap. 9). In conclusione, la ricerca realizzata ha permesso di descrivere come l'applicazione di un disturbo ecologico su vasta scala induca negli organismi delle risposte a livello individuale legate alle caratteristiche ecologiche delle specie ed alle peculiarità degli agenti di disturbo. I risultati conseguiti, hanno evidenziato come l'insieme delle relazioni dirette ed indirette influenzino le risposte dei livelli gerarchici superiori, mediante la comparsa di proprietà emergenti, quali la stabilità dinamica e le traiettorie dello sviluppo, determinando così la configurazione strutturale e funzionale delle comunità e dell'ecosistema nel suo complesso. This research focused on the effect of large-scale disturbance at several hierarchical levels of biological organisation (individual, population, community, ecosystem) and aimed to provide a comparison between the magnitude of the agents of disturbance and the homeostatic responses which confer stability on the ecological systems. Demersal fishing activity was considered as the source of ecological disturbance. At an individual level, the process of capture associated with fishing was analysed in its components (i.e. physical damage, exposure to air, thermal shock) taking into account both their individual and synergistic effects. Alterations in the metabolism and homeostatic capabilities, physiological stress, survival rates and the agonistic behaviour in the crustacean Brachyura Liocarcinus depurator were assessed (Ch. 2, 3, 4). Results highlighted that exposure to air at high temperatures during the sorting operations has the most detrimental effects on this decapod, due to the fact that L. depurator is a sublittoral species, adapted to rather stable environments. At a population level the sub-lethal injury frequencies, in terms of limbs lost resulting from the capture process, were assessed by comparing the level of chronic and recent damage (induced by the fishing activity itself) among different populations in the Northern Adriatic Sea (Ch. 5). Chronic damage was shown to be more frequent in the high fishing effort areas confirming a link with the trawl fishing activity. Notwithstanding the high damage and fishing mortality suffered in these areas, L. depurator revealed to be one of the dominant species, and this could be associated with a sort of trade-off between the high energetic costs payed by the populations due to the fishing activities (mortality, sub-lethal damages and subsequent function impairment) and the low costs associated to feeding on species discarded by the fishing activity. At an intra-specific level, the patterns of haemocyanin expression were compared among 7 populations of L. depurator from the Northern Adriatic Sea and the North West Atlantic Ocean. At an inter-specific level the haemocyanin stability of 6 species belonging to the same genus or family and collected in the same areas were carried out (Ch. 6). Results revealed an intra- and inter-specific structural variability in the sub-unit composition and stability of haemocyanins, which were to species ecology (habitat) and sampling sites environmental variability. At a community level, the shift from equilibrium and the recovery dynamics after a pulse disturbance were compared between two different benthic communities (mud and sand grounds) in the Northern Adriatic Sea, by adopting a BACI experimental scheme and paying special attention to the functional role of the trophic guilds (Ch. 7). In both habitats, the early successional stages of the recovery were driven by the potential scavengers even if, as highlighted by the application of the Exergy, some differences occurred in the patterns and timing of this process. The analyses of the benthic communities in heavily fished grounds allowed us to show that in these sites the intensive fishing activies induced a reduction in the benthic community biomass and production. At an ecosystem level, the chronic effects of fishing disturbance on the Northern Adriatic Sea were assessed by comparing the quantity and composition of the species discarded by different demersal fishing activities in 2002 to historical data from trawl surveys and the pre-existing benthic communities (Ch. 8). These analyses highlighted a steep reduction in the discard ratio (discarded catch:commercial catch) and the occurrence of a homogenisation of the benthic community and the depletion of highly vulnerable populations (large sized individuals, slow growth). The primary production required to sustain demersal fishery was estimated to be 25-35% of the total primary production of this area (Ch. 9). In conclusion, this research allowed us to show that large-scale ecological disturbance induces on organisms individual responses which depend both on the ecological features of the disturbed species and on the characteristics of the agents of disturbance. Results showed that the direct and the indirect relationshps determine the response of the higher hierarchical levels of organisation through emerging properties like their dynamic stability and development trajectories, thus determining the structure and functioning of the community and the ecosystem.I documenti in ARCA sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.