What was natural in the coastal oceans?

Humans transformed Western Atlantic coastal marine ecosystems before modern ecological investigations began. Paleoecological, archeological, and historical reconstructions demonstrate incredible losses of large vertebrates and oysters from the entire Atlantic coast. Untold millions of large fishes, sharks, sea turtles, and manatees were removed from the Caribbean in the 17th to 19th centuries. Recent collapses of reef corals and seagrasses are due ultimately to losses of these large consumers as much as to more recent changes in climate, eutrophication, or outbreaks of disease. Overfishing in the 19th century reduced vast beds of oysters in Chesapeake Bay and other estuaries to a few percent of pristine abundances and promoted eutrophication. Mechanized harvesting of bottom fishes like cod set off a series of trophic cascades that eliminated kelp forests and then brought them back again as fishers fished their way down food webs to small invertebrates. Lastly, but most pervasively, mechanized harvesting of the entire continental shelf decimated large, long-lived fishes and destroyed three-dimensional habitats built up by sessile corals, bryozoans, and sponges. The universal pattern of losses demonstrates that no coastal ecosystem is pristine and few wild fisheries are sustainable along the entire Western Atlantic coast. Reconstructions of ecosystems lost only a century or two ago demonstrate attainable goals of establishing large and effective marine reserves if society is willing to pay the costs. Historical reconstructions provide a new scientific framework for manipulative experiments at the ecosystem scale to explore the feasibility and benefits of protection of our living coastal resources.

Revisão taxonômica e filogenia do gênero Megalobrachium Stimpson, 1858 (Crustacea: Decapoda: Anomura: Porcellanidae)

O presente trabalho trata do gênero de porcelanídeos Megalolobrachium Stimpson, 1858 e está organizado em três partes: (1) uma revisão taxonômica das espécies atualmente atribuídas a Megalobrachium Stimpson, 1858; (2) uma revisão da diversidade morfológica do gênero em um contexto maior dentro de Porcellanidae; e (3) uma análise cladística a partir de dados morfológicos com o intuito de testar o monofiletismo de Megalobrachium e propor a primeira hipótese filogenética para o gênero. A revisão taxonômica se baseou no estudo de material abundante de diferentes localidades do Pacífico oriental e Atlântico ocidental. Uma nova espécie de Megalobrachium é descrita com base no material das costas pacíficas do Panamá e Colômbia, totalizando 13 espécies em Megalobrachium. Para a análise filogenética, foram obtidos 151 caracteres; o grupo-externo foi composto por quatro espécies de três gêneros: Pachycheles Stimpson, 1858, Pisidia Leach, 1820, e Porcellana Lamarck, 1801. Uma única árvore (314 passos; IC: 64; IR: 80) foi obtida, com dois clados. O primeiro clado inclui espécies com lobos da fronte marcadamente flexionados, flagelo da antena curto, com artículos longos, patas ambulatórias curtas e robustas, abdome subtriangular em machos, pleópodo feminino iv com três segmentos, e urópodos curtos. O segundo clado contém espécies com lobos da fronte não flexionados, flagelo da antena longo, com artículos curtos, patas ambulatórias longas e delgadas, abdome sub-retangular, pleópodo feminino iv com dois segmentos, urópodos longos. O primeiro clado corresponde a Porcellanopsis Rathbun, 1910 (espécie-tipo P. festae (Nobili, 1901)), previamente tratado como sinônimo de Megalobrachium. Contudo, a combinação de diferenças morfológicas entre Megalobrachium e Porcellanopsis justifica a revalidação de Porcellanopsis. Três espécies foram erroneamente registradas no Pacífico oriental (M. mortenseni Haig, 1962, P. rosea (Rathbun, 1900) e P. soriata (Say, 1818)); essas espécies são exclusivamente distribuídas no Atlântico ocidental.

Variabilidade populacional em manguezais: análises moleculares e morfológicas em caranguejos Brachyura (Crustacea: Decapoda)

A análise da estruturação populacional de espécies codistribuídas permite a comparação de padrões de estruturação, fornecendo informações acerca dos fatores que influenciam a diferenciação em espécies pertencentes ao mesmo ecossistema. Este projeto teve como objetivo principal analisar a variabilidade intraespecífica em caranguejos habitantes de manguezais, codistribuídos ao longo do Oceano Atlântico Ocidental, por meio de ferramentas moleculares e morfológicas, visando testar a hipótese de elevada estruturação populacional em manguezais. Para este fim, cinco espécies foram utilizadas como modelo (Aratus pisonii, Goniopsis cruentata, Sesarma rectum, Uca thayeri e Ucides cordatus) e avaliadas por meio de marcadores mitocondriais COI e 16S e nuclear H3 e análises morfológicas comparativas e de morfometria. Os dados moleculares revelaram dois padrões, indicando elevada estruturação populacional para as espécies A. pisonii e U. thayeri e ausência de estruturação para G. cruentata, S. rectum e U. cordatus. Os dados morfológicos, no entanto, não acompanham esses padrões, já que não foram encontradas diferenças morfológicas ou morfométricas associadas aos grupos evidenciados pelas análises moleculares. A ausência de fluxo gênico entre regiões para algumas espécies deve-se, muito provavelmente, à existência de fatores que não se limitam ao isolamento por distância, mas também devido a diferenças na duração do estágio larval e a diferenças bruscas em alguns fatores abióticos, como a salinidade, por exemplo, que, associados às diferentes características do desenvolvimento larval de cada espécie, culminam na existência de estruturas populacionais diferentes. Além disso, os padrões de diferenciação genética observados concordam com os cenários biogeográficos propostos para o Atlântico Ocidental, no qual mudanças e flutuações geológicas, climáticas e oceanográficas, resultantes do fechamento do Istmo do Panamá e de ciclos glaciais na América do Norte, promoveram divergência genética.

Eficiência dos métodos de codificação em análises de endemismo: um exemplo do Oceano Atlântico Sul-Ocidental

Área de endemismo ou elemento biótico é uma região geográfica que apresenta congruência distribucional entre táxons. Não há um padrão aceito universalmente para delimitação de áreas de endemismo e, portanto, várias metodologias são usadas para sua identificação. Nesta dissertação, propomos uma comparação integrada de alguns métodos de análises de endemismo, com base em dados de distribuição hipotéticos e reais. Desta forma, este estudo tem como objetivos: (1) comparar a Análise de Parcimônia de endemicidade (PAE), a Análise de endemicidade (EA) e um novo método de codificação que propomos a Análise de Distribuições de Três-Itens (3ID), avaliando sua performance com base na capacidade de identificar padrões hipotéticos predefinidos de áreas de endemismo, representando áreas não conflitantes, aninhadas e sobrepostas; (2) analisar os padrões de distribuição de 214 espécies de hidrozoários bentônicos, pelágicos e benthopelágicos não-sifonóforos do Oceano Atlântico Sul Ocidental (OASO), usando três métodos biogeográficos para testar hipóteses anteriores de regionalização biogeográfica e avaliar o performance da PAE, a EA e a 3ID com conjuntos de dados reais. No capítulo 2, intitulado “Comparison of analysis of endemism procedures based on hypothetical distributions”, nós comparamos a PAE, EA e 3ID e encontramos que a 3ID tem o maior percentual de sucesso na recuperação de áreas de endemismo predefinidas. Adicionalmente, a EA é o único método capaz de recuperar padrões sobrepostos, porém também encontra padrões espúrios. Nós sugerimos, portanto, que a melhor opção para identificação de áreas de endemismo é o uso de 3ID e EA em conjunto. No capítulo 3, intitulado “Biogeographic patterns of benthic and planktonic hydrozoans from the southwestern Atlantic Ocean”, nós utilizamos dados distribucionais de 214 espécies de hidrozoários bentônicos, pelágicos e bentopelágicos não-sifonóforos do OASO (20°-60°S, 33°-75°W), os quais foram organizados em diferentes matrizes (concatenada, bentônica, pelágica, e bentopelágica) de acordo com as diferentes estratégias de ciclo de vida em Hydrozoa. Todas as matrizes foram analisadas por meio da PAE, EA e 3ID. Os resultados mostram três padrões biogeográficos gerais: (1) Tropical (2) Temperado-Quente, e (3) Temperado-Frio. Os padrões obtidos variam de acordo com o tipo de ciclo de vida em Hydrozoa, demonstrando a importância de analisar-se separadamente conjuntos de dados de espécies com diferentes estratégias de reprodução. Cada método teve um desempenho diferente e, portanto, concluímos que o uso de 3ID e EA em conjunto é a melhor opção para inferir padrões biogeográficos marinhos

Pliocene-Pleistocene stack of globally distributed benthic stable oxygen isotope records

We present a 5.3-Myr stack (the ''LR04'' stack) of benthic d18O records from 57 globally distributed sites aligned by an automated graphic correlation algorithm. This is the first benthic delta18O stack composed of more than three records to extend beyond 850 ka, and we use its improved signal quality to identify 24 new marine isotope stages in the early Pliocene. We also present a new LR04 age model for the Pliocene-Pleistocene derived from tuning the delta18O stack to a simple ice model based on 21 June insolation at 65 N. Stacked sedimentation rates provide additional age model constraints to prevent overtuning. Despite a conservative tuning strategy, the LR04 benthic stack exhibits significant coherency with insolation in the obliquity band throughout the entire 5.3 Myr and in the precession band for more than half of the record. The LR04 stack contains significantly more variance in benthic delta18O than previously published stacks of the late Pleistocene as the result of higher resolution records, a better alignment technique, and a greater percentage of records from the Atlantic. Finally, the relative phases of the stack's 41- and 23-kyr components suggest that the precession component of delta18O from 2.7-1.6 Ma is primarily a deep-water temperature signal and that the phase of d18O precession response changed suddenly at 1.6 Ma.

(Table 2) Oxygen and carbon isotope composition of planktonic foraminiferal species from DSDP Holes 93-603B and 93-604, and one benthic species from Hole 93-604

Holes 603C and 604 of DSDP Leg 93 were drilled on the western Atlantic continental rise at water depths of 4633 m and 2364 m, respectively. In Hole 603C, a nearly continuous, undisturbed, and complete section of Pliocene and lower Pleistocene sediments was recovered by hydraulic piston coring; in Hole 604, a section of uppermost Miocene to Pleistocene sediments was incompletely recovered by rotary coring. In order to reconstruct the Pliocene and Pleistocene history of isotopic variations, 139 oxygen and carbon isotope values were determined for planktonic and monospecific benthic foraminifer samples from these holes. Large parts of the Pleistocene history could not, however, be documented because sample intervals were large and sediments at Site 604 were redeposited. Time correlation is based on magnetostratigraphic (Hole 603C) and micropaleontologic (Hole 603C, Site 604) interpretation. Stable isotope analyses were carried out on the planktonic foraminiferal species Globigerinoides ruber, G. obliquus, and Globorotalia inflata from Hole 603C (48 analyses) and from Site 604 (48 analyses); at Site 604, the benthic foraminifer Uvigerina peregrina (43 analyses) was also studied through the section. Age calibration for Hole 603C is based on the magnetostratigraphy of Canninga et al. (1987; doi:10.2973/dsdp.proc.93.130.1987), which uses the time scale of Lowrie and Alvarez (1981).

Oligocene to Miocene stable isotope record and planktonic foraminifer biostratigraphy of the Sierra Leone Rise

We have integrated Oligocene to lower upper Miocene planktonic foraminifer biostratigraphy with benthic foraminifer (Cibicidoides spp.) stable isotope records for two sites drilled on opposite sides of the Sierra Leone Rise in the eastern equatorial Atlantic Ocean. Deep Sea Drilling Project Site 366 (2853 m present water depth; 2200-2800 m paleodepth) recovered an Oligocene to upper Miocene record with a minor unconformity in the "middle" Oligocene and a condensed middle Miocene section. Ocean Drilling Program Site 667 (3529 m present depth; 3000-3500 m paleodepth) recovered an apparently continuous "middle" Oligocene to lower middle Miocene record and a similar condensed middle Miocene section. The Oligocene to lower Miocene sections were deposited at similar sedimentation rates (~11-16 m/m.y.). Stable isotope stratigraphy proved to be useful in establishing intra- and interbasinal correlations. In addition to the well-known earliest Oligocene and middle Miocene S180 increases, a distinct d18O increase occurred near the Oligocene/Miocene boundary. Carbon isotope variations provide similar potential for improving correlations; for example, a d13C increase occurred near the Oligocene/Miocene boundary in concert with increased d18O values. There was little d13C difference between the western Atlantic and eastern Atlantic basins during the late Oligocene and most of the middle Miocene; in contrast, eastern basin d13C values were slightly lower than those in the western basins during the earliest Oligocene (about 35-33 Ma) and early Miocene (about 22-18 Ma).

Elemental data for composites from DSDP Sites 417A, 417D, and 418A

While the input of river-alkalinity into seawater is relatively well known, the complementary acidity production is poorly understood. Using the major-element budget of seafloor alteration of the upper 500 m of 120-Ma-old oceanic crust at DSDP/ODP Sites 417A, 417D and 418A in the central western Atlantic, we estimate the acidity flux associated with the low-temperature weathering of the upper oceanic crust. The acidity flux is calculated based on major-element fluxes and charge-balance considerations. The relevant chemical fluxes from seawater to the upper crust are 4.1+-0.1; 1.4+-1.4; 2.2+-0.6 and -12+-2 10**11 mol/yr for K, Mg, Na and silicate-Ca, respectively. The associated acidity flux is (3.5+-3)10**11 eq/y. Relative to continental weathering, these fluxes are significant for K and silicate-Ca, but are minor for Na, Mg and acidity. Thus, riverine fluxes of alkalinity are not significantly balanced by acidity fluxes from low-temperature upper ocean crust alteration.

Summary of boron isotope and Mg/Ca data

Biological productivity and carbon export in the equatorial Atlantic are thought to have been dramatically higher during the last glacial period than during the Holocene. Here we reconstruct the pH and CO2 content of surface waters from the eastern equatorial Atlantic Ocean over the past ~30 k.y. using the boron isotope composition of Globigerinoides ruber (a mixed-layer-dwelling planktic foraminifera). Our new record, combined with previously published data, indicates that during the last glacial, in contrast to today, a strong west to east gradient existed in the extent of air:sea equilibrium with respect to pCO2 (DeltapCO2), with the eastern equatorial Atlantic acting as a significant source of CO2 (+100 µatm) while the western Atlantic remained close to equilibrium (+25 µatm). This pattern suggests that a fivefold increase in the upwelling rate of deeper waters drove increased Atlantic productivity and large-scale regional cooling during the last glacial, but the higher than modern DeltapCO2 in the east indicates that export production did not keep up with enhanced upwelling of nutrients. However, the downstream decline of DeltapCO2 provides evidence that the unused nutrients from the east were eventually used for biologic carbon export, thereby effectively negating the impact of changes in upwelling on atmospheric CO2 levels. Our findings indicate that the equatorial Atlantic exerted a minimal role in contributing to lower glacial-age atmospheric CO2.

Report of the Committee of the Senate of Georgia to His Excellency Joseph E. Brown.

Letter of transmittal to Gov. Brown dated and signed: Macon, Ga., July 26, 1858. Thos. P. Stubbs, Chairman, Sen. Committee.