Modeling the suitable habitat of a structural red gorgonian species in the Mediterranean/east Atlantic regions predicts a wider distribution than previously known

Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Univerdade do Algarve, 2015

Understand how the distribution of deep-sea species is shaped by environment is a challenge for ecologists, given the difficulty of sampling at these locations. Paramuricea clavata is a long-lived species that inhabits the Mediterranean coralligenous assemblages. Its known distribution was so far described as being restricted to Mediterranean Sea, however, new populations were found in the neighboring Atlantic Ocean, suggesting a wider distribution. BRT is a modeling technique that uses algorithms to describe the relation between environmental and presence data, in order to assess species distribution. This method has been applied to ecological studies, showing good accuracy in predicting suitable habitats, since it copes well with the major problems associated with niche modeling. We use BRT to describe the suitable habitat of Paramuricea clavata by determining the variables that limit its distribution, and the species’ tolerance range for these variables. Our results accurately revealed that the suitable habitat is mainly characterized by complex bottom topography (represented by slope) and temperature, presenting a wide range for the first variable (> 0.3⁰) and a well-defined range for the second (12.3 to 26.5⁰C). In addition to the previous known distribution, new potential sites of occurrence were revealed in the Mediterranean Sea, along the coast of Morocco, Algeria, Tunisia and Strait of Sicily, and on the Atlantic coasts between Morocco and southwest Iberia. With this study we were able to describe, for the first time, the ecological niche and potential global distribution of this important structuring species. Moreover, our results contribute to the achievement of future studies of monitoring and conservation of benthic communities in poorly-sampled areas. With the predicted climate change for Mediterranean, the occurrence of mortality events in benthic communities will continue, especially to those found in shallower areas, putting P. clavata at risk.

O clima tem um papel fundamental na forma como molda a distribuição global dos organismos, sendo por isso importante conhecer e compreender os limites de tolerância dos mesmos a variações ambientais. Devido à dificuldade de amostragem em ecossistemas profundos, existe ainda uma grande lacuna no que diz respeito aos factores que controlam a distribuição das espécies que neles habitam, nomeadamente as comunidades bentónicas. O Mediterrâneo é um ecossistema que apresenta características muito particulares, abrigando uma vasta diversidade de organismos essencialmente associados às comunidades coralígenas. A Paramuricea clavata é uma das espécies estruturantes mais importantes destas comunidades, tendo um papel muito importante no funcionamento e manutenção do ecossistema. Nos últimos anos, o aumento da temperatura observado no Mediterrâneo tem provocado eventos de mortalidade massiva junto das comunidades bentónicas, levando à perda de populações desta gorgónia. A distribuição conhecida desta espécie era até hoje restrita ao Mediterrâneo, principalmente na zona Norte. Contudo, novas populações foram encontradas no Atlântico adjacente, junto a costa sul e oeste de Portugal e no mar Alboran, indicando uma distribuição mais ampla. Boosted Regression Tress (BRT) é um método de modelação recentemente aplicada na área da ecologia, que permite relacionar dados ambientais com dados de presença, possibilitando a descrição de padrões de distribuição para as espécies. Este método usa algoritmos que aprendem a relação existente entre os dados tipos de dados, permitindo a descrição do seu padrão. BRT resulta da junção de dois algoritmos, árvores de regressão e agregação, o que permite que o modelo final seja construído tendo em conta as interações existentes entre os dados. A flexibilidade do BRT permite contornar os principais problemas associados à modelação de dados ecológicos tais como: 1) capacidade de lidar com diferentes tipos de dados; 2) minimização da perda de função que ocorre devido à tendência de amostragem (sampling bias), existência de locais na área de estudo com maior numero de amostras que outros; 3) é dos métodos menos afetados pela resolução dos dados; e 4) reduz o sobre-ajuste do modelo aos dados da amostra (overfitting), por considerar todas as possíveis combinações destes. Por ser uma técnica que tem revelado boa capacidade de previsão da distribuição, nós utilizamos o BRT para descrever o habitat adequado para a P. clavata. Deste modo, determinámos quais as variáveis mais relevantes para descrição da distribuição desta espécie e quais os seus limites de tolerância. O método mostrou-se eficaz, apresentado um excelente poder preditivo (AUC: 0.98; TSS: 0.96; sensibilidade: 0.98, especificidade: 0.98). O habitat adequado para esta gorgónia é caracterizado por uma topografia de fundo complexa, elevada produtividade e hidrodinamismo de moderado a forte. Os nossos resultados revelaram a topografia do fundo, representada pelo declive, como sendo a variável mais importante para a caracterização do habitat desta espécie, apresentando uma contribuição de 21.5% e um intervalo de tolerância sem limite máximo, > 0.3⁰. Esta variável é um bom indicador da dinâmica que ocorre no fundo, sendo que elevações topográficas estão normalmente associadas a alterações no padrão das correntes, e a zonas de maior produtividade. A Temperatura tem também um papel muito importante (contribuição de 19%), contudo, o intervalo de tolerância é bastante restrito (12.3 a 26.5⁰C), limitando assim a sua área de distribuição. Através deste modelo, verificámos também que, apesar dos nossos dados de presença ocorrerem entre os 15 e 100 m de profundidade, esta consegue atingir os 200 m. Este facto é interessante, visto que a partir de uma determinada profundidade as perturbações ocorridas à superfície não se fazem sentir com tanta intensidade. Neste sentido, a existência de populações profundas pode ser um indicador de zonas de refúgio. A distribuição da espécie ocorre numa estreita linha da costa, ao longo do Mediterrâneo e Atlântico adjacente, e também em ilhas e outras em elevações topográfica do fundo, como montes e bancos submarinos. Para além dos novos locais de presença ocorridos no Atlântico e mar Alboran, o nosso modelo prevê uma boa probabilidade de ocorrência para a região sul do Mediterrâneo, nomeadamente ao longo da costa de Marrocos, Argélia e costa noroeste da Tunísia. Para o Atlântico, a área entre Agadir, Marrocos, e a costa sudoeste da Península Ibérica revela também a possibilidade de ocorrência desta gorgónia. Tendo em conta que se tratam de regiões pouco estudadas, os nossos dados sugerem estas áreas como potenciais alvos para estudos futuros de monitorização e conservação destes habitats. Com as alterações climáticas previstas para o Mediterrâneo, há uma forte possibilidade de ocorrer perda de grande parte das populações da espécie, especialmente das que habitam zonas menos profundas.