Habitat alteration and community-level effects of an invasive ecosystem engineer: a case study along the coast of NSW, Australia

We investigated the effects of the habitat-modifying green algae Caulerpa taxifolia on meiobenthic communities along the coast of New South Wales, Australia. Samples were taken from unvegetated sediments, sediments underneath the native seagrass Zostera capricorni, and sediments invaded by C. taxifolia at 3 sites along the coast. Meiofaunal responses to invasion varied in type and magnitude depending on the site, ranging from a slight increase to a substantial reduction in meiofauna and nematode abundances and diversity. The multivariate structure of meiofauna communities and nematode assemblages, in particular, differed significantly in sediments invaded by C. taxifolia when compared to native habitats, but the magnitude of this dissimilarity differed between the sites. These differential responses of meiofauna to C. taxifolia were explained by different sediment redox potentials. Sediments with low redox potential showed significantly lower fauna abundances, lower numbers of meiofaunal taxa and nematode species and more distinct assemblages. The response of meiofauna to C. taxifolia also depended on spatial scale. Whereas significant loss of benthic biodiversity was observed locally at one of the sites, at the larger scale C. taxifolia promoted an overall increase in nematode species richness by favouring species that were absent from the native environments. Finally, we suggest there might be some time-lags associated with the impacts of C. taxifolia and point to the importance of considering the time since invasion when evaluating the impact of invasive species.

Deposit-feeding in benthic macrofauna : Tracer studies from the Baltic Sea

A low content of organic matter, which is largely refractory in nature, is characteristic of most sediments, meaning that aquatic deposit-feeders live on a very poor food source. The food is derived mainly from sedimenting phytodetritus, and in temperate waters like the Baltic Sea, from seasonal phytoplankton blooms. Deposit-feeders are either bulk-feeders, or selective feeders, which preferentially ingest the more organic-rich particles in the sediment, including phytodetritus, microbes and meiofauna. The soft-bottom benthos of the Baltic Sea has low species biodiversity and is dominated by a few macrobenthic species, among which the most numerous are the two deposit-feeding amphipods Monoporeia affinis and Pontoporeia femorata, and the bivalve Macoma balthica. This thesis is based on laboratory experiments on the feeding of these three species, and on the priapulid Halicryptus spinulosus. Feeding by benthic animals is often difficult to observe, but can be effectively studied by the use of tracers. Here we used the radioactive isotope 14C to label food items and to trace the organic matter uptake in the animals, while the stable isotopes 13C and 15N were used to follow feeding on aged organic matter in the sediment. The abundance of M. balthica and the amphipods tends to be negatively correlated, i.e., fewer bivalves are found at sites with dense populations of amphipods, with the known explanation that newly settled M. balthica spat are killed by the amphipods. Whether the postlarvae are just accidentally killed, or also ingested after being killed was tested by labelling the postlarvae with 14C and Rhodamine B. Both tracer techniques gave similar evidence for predation on and ingestion of postlarval bivalves. We calculated that this predation was likely to supply less than one percent of the daily carbon requirement for M. affinis, but might nevertheless be an important factor limiting recruitment of M. balthica. The two amphipods M. affinis and P. femorata are partly vertically segregated in the sediment, but whether they also feed at different depths was unknown. By adding fresh 14C-labelled algae either on the sediment surface or mixed into the sediment, we were able to distinguish surface from subsurface feeding. We found M. affinis and P. femorata to be surface and subsurface deposit-feeders, respectively. Whether the amphipods also feed on old organic matter, was studied by adding fresh 14C-labelled algae on the sediment surface, and using aged, one-year-old 13C- and 15N-labelled sediment as deep sediment. Ingestion of old organic matter, traced by the stable isotopes, differed between the two species, with a higher uptake for P. femorata, suggesting that P. femorata utilises the older, deeper-buried organic matter to a greater extent. Feeding studies with juveniles of both M. affinis and P. femorata had not been done previously. In an experiment with the same procedure and treatments as for the adults, juveniles of both amphipod species were found to have similar feeding strategies. They fed on both fresh and old sediment, with no partitioning of food resources, making them likely to be competitors for the same food resource. Oxygen deficiency has become more wide-spread in the Baltic Sea proper in the last half-century, and upwards of 70 000km2 are now devoid of macrofauna, even though part of that area does not have oxygen concentrations low enough to directly kill the macrofauna. We made week-long experiments on the rate of feeding on 14C-labelled diatoms spread on the sediment surface in different oxygen concentrations for both the amphipod species, M. balthica and H. spinulosus. The amphipods were the most sensitive to oxygen deficiency and showed reduced feeding and lower survival at low oxygen concentrations. M. balthica showed reduced feeding at the lowest oxygen concentration, but no mortality increase. The survival of H. spinulosus was unaffected, but it did not feed, showing that it is not a surface deposit-feeder. We conclude that low oxygen concentrations that are not directly lethal, but reduce food intake, may lead to starvation and death in the longer term.

Dispersal in free-living, marine, benthic nematodes : passive or active processes?

Meiofauna, and especially marine nematodes are common in sediments around the world. Despite very wide ranging distributions in many nematode species, little is presently known about their dispersal mechanisms shaping these patterns. Rafting, and perhaps ballast water transport has been suggested as viable means for nematode long-range transport. On a much smaller scale other processes have been suggested for their dispersal. They generally include some form of passive suspension into the water column and later on a passive, haphazard settling back towards the bottom. Small-scale phenomena in nematode dispersal were studied by conducting a series of studies at Askö field station, Trosa Archipelago, Baltic proper. Studied aspects were one case of macrofaunal influence on nematode dispersal rate, using an amphipod, Monoporeia affinis as disturbing agent, and three different studies on mechanisms related to settling. The experiments were conducted both in laboratory and field settings. The amphipod Monoporeia affinis did not exert any influence on the dispersal rate in the nematodes. The nematode dispersal was only an effect of time, in the aspect that the more time that past, the more nematodes dispersed from their place of origin. The settling experiments revealed that nematodes do have an active component in their settling behaviour, as they were able to exert influence on the spot where they were to settle. They were able to choose settling spot in response to the food quality of the sediment. It also became evident that contrary to common belief, nematodes are able to extend their presence in the water column far beyond the times that would be predicted considering settling velocities and hydrodynamic conditions alone.

Differences in diversity, structure, and variability between intertidal and subtidal meiofaunal assemblages

[EN] Meiofaunal assemblages from intertidal and shallow subtidal seabeds were studied at two sites (one dominated by volcanic sands and the other by organogenic sands) at Tenerife (Canary Islands, NE Atlantic Ocean) throughout an entire year (May 2000?April 2001). Specifically, we aimed (i) to test for differences in diversity, structure, and stability between intertidal and subtidal meiofaunal assemblages, and (ii) to determine if differences in the meiofaunal assemblage structure may be explained by environmental factors (granulometric composition, availability of organic matter, and carbonate content in sediments). A total of 103,763 meiofaunal individuals were collected, including 203 species from 19 taxonomic groups (Acari, Amphipoda, Cnidaria, Copepoda, Echinodermata, Gastrotricha, Isopoda, Insecta, Kinorrhyncha, Misidacea, Nematoda, Nemertini, Oligochaeta, Ostracoda, Polychaeta, Priapulida, Sipuncula, Tanaidacea, and Turbellaria). Nematodes were the most abundant taxonomic group. Species diversity was higher in the subtidal than in the intertidal zone at both sites, as a result of the larger dominance of a few species in the intertidal zone. The meiofaunal assemblage structure was different between tidal levels at both sites, the intertidal presenting greater temporal variability (multivariate dispersion) in the meiofaunal assemblage structure than the subtidal. Sediment grain size, here quantified by the different granulometric fractions, explained the variability in meiofaunal assemblage structure to a greater extent than the percentage of carbonates, a variable linked to sediment origin. This study revealed differences in diversity, assemblage structure, and variability between intertidal and subtidal meiofauna.

Risposta del Meiobenthos all'input di detrito da barriere artificiali

Le aree costiere hanno un ruolo fondamentale nello sviluppo economico, sociale e politico della maggior parte dei paesi; esse supportano infatti diversi ecosistemi produttivi che rendono disponibili beni e servizi. L'importanza economica delle aree costiere è destinata a una considerevole crescita a causa del costante aumento delle popolazioni, delle industrie e delle attività  ricreazionali che si concentrano sempre di più sulle coste e ciò può provocare un'alterazione delle linee di costa, imputabile a più fattori e un deterioramento delle condizioni naturali. E' necessario anche tenere da conto dei processi erosivi, sia imputabili a cause naturali (correnti oceaniche, movimenti di marea; azione del vento) sia a cause antropiche (subsidenza del terreno indotta dall'uomo, dragaggio al largo, riduzione del rifornimento di sedimento dai fiumi, distruzione di letti algali, paludi e dune sabbiose). A questo panorama va poi aggiunto il problema dell'innalzamento del livello del mare e dell'aumento delle frequenze di tempeste, come conseguenza del cambiamento climatico globale. In questo contesto quindi, le strutture rigide di difesa contro l'erosione e le mareggiate sono diventate molto comuni nelle aree costiere, coinvolgendo in alcune regioni più della metà della linea di costa. Il meccanismo di difesa attuato dalle barriere consiste nel provocare una riduzione dell'energia delle onde e conseguentemente in una limitazione della quantità di sedimento che viene da loro rimosso dalla spiaggia. La presenza di strutture rigide di difesa generalmente comporta una perdita di habitat di fondale molle e, a causa delle variazioni idrodinamiche che la loro presenza comporta, anche delle comunità ad esso associate, sia su scala locale, che su scala regionale. Uno dei problemi che tali strutture possono indurre è l'eccessiva deposizione di detrito prodotto dalle specie che si insediano sul substrato duro artificiale, che normalmente non fanno parte delle comunità "naturali" di fondo molle circostanti le strutture. Lo scopo di questo studio è stato quello di cercare di evidenziare gli effetti che la deposizione di tale detrito potesse avere sulle comunita meiobentoniche di fondale molle. A tale fine è stata campionata un'area antistante la località di Lido di Dante (RA), la quale è protetta dal 1996 da una struttura artificiale, per fronteggiare il problema dell'erosione della zona, in aumento negli ultimi decenni. La struttura è costituita da una barriera semisoffolta e tre pennelli, di cui uno completamente collegato alla barriera. A circa 50 m dalla barriera, e alla profondità di 4 m circa, è stato allestito un esperimento manipolativo in cui è stato valutato l'effetto della deposizione delle due specie dominanti colonizzanti la barriera, Ulva sp. e Mitili sp. sull'ambiente bentonico, e in particolare sulla comunità  di meiofauna. Ulva e Mitili sono stati posti in sacche di rete che sono state depositate sul fondo al fine di simulare la deposizione naturale di detrito, e tali sacche hanno costituito i trattamenti dell'esperimento, i quali sono stati confrontati con un Controllo, costituito da sedimento non manipolato, e un Controllo Procedurale, costituito da una sacca vuota. Il campionamento è stato fatto in tre occasioni nel giugno 2009 (dopo 2 giorni, dopo 7 giorni e dopo 21 giorni dall'allestimento dell'esperimento) per seguire la dinamica temporale degli effetti del detrito. Per ogni combinazione tempo/trattamento sono state prelevate 4 repliche, per un totale di 48 campioni. Successivamente sono stati prelevati ulteriori campioni di meiofauna in condizioni naturali. In particolare sono stati raccolti in due Posizioni diverse, all'Interno e all'Esterno del pennello posto più a Sud, e su due substrati differenti, rispettivamente Ulva proveniente dalle barriere e sedimento privo di detrito. Per ogni combinazione Posizione/Substrato sono state prelevate 3 repliche, ottenendo un totale di 12 campioni. Tutti i campioni prelevati sono stati poi trattati in laboratorio tramite la procedura di filtratura, pulizia e centrifuga indicata dal protocollo. A questa fase è seguito il sorting al microscopio, durante il quale la meiofauna è stata identificata ed enumerata a livello di taxa maggiori. Per quanto riguarda il taxon più abbondante, quello dei Nematodi, si è proceduto anche all'analisi della distribuzione della biomassa per classi di taglia, in quanto descrittore funzionale delle comunità. Per la costruzione degli spettri di biomassa per classi di taglia sono state misurate la lunghezza e larghezza dei primi 100 Nematodi presenti nei campioni. A partire da tali valori dimensionali è stata calcolata la biomassa di ogni individuo, usata poi per la costruzione dei size spectra, tramite tre metodiche messe a confronto: "Nematode Biomass Spectra" (NBS), "Normalised Nematode Biomass Spectra"(NNBS), "Mean Cumulative Biomass Spectra" (MC-NBS). Successivamente la composizione e la struttura della comunità meiobentonica, in termini di consistenza numerica e di rapporti reciproci di densità degli organismi che la compongono e variabili dimensionali, sono state analizzate mediante tecniche di analisi univariate e multivariate. Ciò che emerge generalmente dai risultati dell'esperimento è la mancanza di interazione significativa tra i due fattori, tempi e trattamenti, mentre sono risultati significativi i due fattori principali, considerati singolarmente. Tali esiti sono probabilmente imputabili all'elevata variabilità fra campioni dei trattamenti e delle patches di controllo. Nonostante ciò l'analisi dei risultati ottenuti permette di effettuare alcune considerazioni interessanti. L'analisi univariata ha mostrato che nel confronto tra trattamenti non ci sono differenze significative nel numero medio di taxa rinvenuti, mentre il livello di diversità e di equidistribuzione degli individui nei taxa differisce in maniera significativa, indicando che la struttura delle comunità varia in funzione dei trattamenti e non in funzione del tempo. Nel trattamento Ulva si osservano le densità più elevate della meiofauna totale imputabile prevalentemente alla densità dei Nematodi. Tuttavia, i valori di diversità e di equiripartizione non sono risultati più elevati nei campioni di Ulva, bensì in quelli di Mitili. Tale differenza potrebbe essere imputabile all'inferiorità numerica dei Nematodi nei campioni di Mitili. Questo andamento è stato giustificato dai differenti tempi di degradazione di Mitili e Ulva posti nelle sacche durante l'esperimento, dai quali emerge una più rapida degradazione di Ulva; inoltre la dimensione ridotta della patch analizzata, i limitati tempi di permanenza fanno sì che l'Ulva non rappresenti un fattore di disturbo per la comunità analizzata. Basandosi su questo concetto risulta dunque difficile spiegare l'inferiorità numerica dei Nematodi nei campioni del trattamento Mitili, in quanto i tempi di degradazione durante l'esperimento sono risultati più lenti, ma è anche vero che è nota l'elevata resistenza dei Nematodi ai fenomeni di ipossia/anossia creata da fenomeni di arricchimento organico. E' possibile però ipotizzare che la presenza delle valve dei Mitili aumenti la complessità dell'habitat e favorisca la colonizzazione da parte di più specie, tra cui specie predatrici. Tale effetto di predazione potrebbe provocare la riduzione dell'abbondanza media dei Nematodi rispetto a Ulva e al Controllo, in quanto i Nematodi costituiscono circa l'85% della meiofauna totale rinvenuta nei campioni. A tale riduzione numerica, però, non corrisponde un decremento dei valori medi di biomassa rilevati, probabilmente a causa del fatto che l'arricchimento organico dovuto ai Mitili stessi favorisca la permanenza degli individui più facilmente adattabili a tali condizioni e di dimensioni maggiori, oppure, la colonizzazione in tempi successivi delle patches a Mitili da parte di individui più grandi. Anche i risultati dell'analisi multivariata sono in accordo con quanto rilevato dall'analisi univariata. Oltre alle differenze tra tempi si evidenzia anche un'evoluzione della comunità nel tempo, in particolar modo dopo 7 giorni dall'allestimento dell'esperimento, quando si registrano il maggior numero di individui meiobentonici e il maggior numero di taxa presenti. Il taxon che ha risentito maggiormente dell'influenza dei tempi è quello degli Anfipodi, con densità maggiori nei campioni prelevati al secondo tempo e sul trattamento Ulva. E'importante considerare questo aspetto in quanto gli Anfipodi sono animali che comprendono alcune specie detritivore e altre carnivore; le loro abitudini detritivore potrebbero quindi aumentare il consumo e la degradazione di Ulva, spiegando anche la loro abbondanza maggiore all'interno di questo trattamento, mentre le specie carnivore potrebbero concorrere al decremento del numero medio di Nematodi nei Mitili. Un risultato inatteso della sperimentazione riguarda l'assenza di differenze significative tra trattamenti e controlli, come invece era lecito aspettarsi. Risultati maggiormente significativi sono emersi dall'analisi del confronto tra sedimento privo di detrito e sedimento contenente Ulva provenienti dal contesto naturale. Relativamente all'area esterna alla barriera, sono stati confrontati sedimento privo di detrito e quello sottostante l'Ulva, nelle condizioni sperimentali e naturali. Globalmente notiamo che all'esterno della barriera gli indici univariati, le densità totali di meiofauna, di Nematodi e il numero di taxa, si comportano in maniera analoga nelle condizioni sperimentali e naturali, riportando valori medi maggiori nei campioni prelevati sotto l'Ulva, rispetto a quelli del sedimento privo di detrito. Differente appare invece l'andamento delle variabili e degli indici suddetti riguardanti i campioni prelevati nell'area racchiusa all'interno della barriera, dove invece i valori medi maggiori si rilevano nei campioni prelevati nel sedimento privo di detrito. Tali risultati possono essere spiegati dall'alterazione dell'idrodinamismo esercitato dalla barriera, il quale provoca maggiori tempi di residenza del detrito con conseguente arricchimento di materia organica nell'area interna alla barriera. Le comunità dei sedimenti di quest'area saranno quindi adattate a tale condizioni, ma la deposizione di Ulva in un contesto simile può aggravare la situazione comportando la riduzione delle abbondanze medie dei Nematodi e degli altri organismi meiobentonici sopracitata. Per quel che riguarda i size spectra la tecnica che illustra i risultati in maniera più evidente è quella dei Nematode Biomass Spectra. I risultati statistici fornitici dai campioni dell'esperimento, non evidenziano effetti significativi dei trattamenti, ma a livello visivo, l'osservazione dei grafici evidenzia valori medi di biomassa maggiori nei Nematodi rilevati sui Mitili rispetto a quelli rilevati su Ulva. Differenze significative si rilevano invece a livello dei tempi: a 21 giorni dall'allestimento dell'esperimento infatti, le biomasse dei Nematodi misurati sono più elevate. Relativamente invece ai size spectra costruiti per l'ambiente naturale, mostrano andamento e forma completamente diversi e con differenze significative tra l'interno e l'esterno della barriera; sembra infatti che la biomassa nella zona interna sia inibita, portando a densità maggiori di Nematodi, ma di dimensioni minori. All'esterno della barriera troviamo invece una situazione differente tra i due substrati. Nel sedimento prelevato sotto l'Ulva sembra infatti che siano prevalenti le classi dimensionali maggiori, probabilmente a causa del fatto che l'Ulva tende a soffocare le specie detritivore, permettendo la sopravvivenza delle specie più grosse, composte da predatori poco specializzati, i quali si cibano degli organismi presenti sull'Ulva stessa. Nel sedimento privo di detrito, invece, la distribuzione all'interno delle classi segue un andamento completamente diverso, mostrando una forma del size spectra più regolare. In base a questo si può ipotizzare che la risposta a questo andamento sia da relazionarsi alla capacità di movimento dei Nematodi: a causa della loro conformazione muscolare i Nematodi interstiziali di dimensioni minori sono facilitati nel movimento in un substrato con spazi interstiziali ridotti, come sono nel sedimento sabbioso, invece Nematodi di dimensioni maggiori sono più facilitati in sedimenti con spazi interstiziali maggiori, come l'Ulva. Globalmente si evidenzia una risposta della comunità  bentonica all'incremento di detrito proveniente dalla struttura rigida artificiale, ma la risposta dipende dal tipo di detrito e dai tempi di residenza del detrito stesso, a loro volta influenzati dal livello di alterazione del regime idrodinamico che la struttura comporta. Si evince inoltre come dal punto di vista metodologico, le analisi univariate, multivariate e dei size spectra riescano a porre l'accento su diverse caratteristiche strutturali e funzionali della comunità. Rimane comunque il fatto che nonostante la comunità scientifica stia studiando metodiche "taxonomic free" emerge che, se da un lato queste possono risultare utili, dall'altro, per meglio comprendere l'evoluzione di comunità, è necessaria un'analisi più specifica che punti all'identificazione almeno delle principali famiglie. E'importante infine considerare che l'effetto riscontrato in questo studio potrebbe diventare particolarmente significativo nel momento in cui venisse esteso alle centinaia di km di strutture artificiali che caratterizzano ormai la maggior parte delle coste, la cui gestione dovrebbe tenere conto non soltanto delle esigenze economico-turistiche, e non dovrebbe prescindere dalla conoscenza del contesto ambientale in cui si inseriscono, in quanto, affiancati a conseguenze generali di tali costruzioni, si incontrano molti effetti sitospecifici.

Risposta delle comunità meio e macro bentoniche alla presenza di differenti tipologie di strutture di difesa costiera

Lo studio è stato effettuato nell’ambito del progetto Theseus; il mio lavoro mirava a valutare la risposta dei popolamenti meio e macrobentonici alla presenza di diverse tipologie di strutture di difesa costiera. Sono stati presi in esame a tal fine oltre al sito di campionamento di Cesenatico sud, con presenza di barriere emerse anche il sito di Cesenatico nord, con presenza di barriere semisommerse, per poter effettuare un confronto. Il campionamento è stato fatto nella zona intertidale dove sono stati prese oltre alle variabili biotiche di macro e meiofauna anche quelle abiotiche (granulometria e sostanza organica). Sono stati scelti sei transetti in maniera random, 3 livelli di marea fissi l’alta, la media e la bassa (H, M, L) e due repliche (A e B) per un totale di 36 campioni per ogni variabile presa in esame. Dopo la fase di trattamento dei campioni in laboratorio state fatte in seguito analisi univariate effettuando l’ANOVA sia sui dati biotici di abbondanza numero di taxa e indice di diversità di Shannon di macro e meiobenthos sia sulle singole variabili ambientali di TOM, mediana, classazione, shell mean (capulerio). Sono state fatte anche analisi multivariate; per quanto riguarda i dati biotici sono state effettuate analisi di MDS e PERMANOVA e per quanto riguarda le variabili dei dati abiotici è stata fatta l’analisi della PCA. Infine per effettuare un confronto tra le variabili ambientali e quelle biotiche è stata fatta anche l’analisi BIOENV. Dai risultati sono emerse delle differenze sostanziali tra i due siti con maggiore abbondanza e diversità nel sito di Cesenatico nord rispetto a quello sud. Sono state evidenziate anche differenze nei livelli di marea con una maggiore abbondanza nel livello di bassa marea rispetto alla media e all’alta soprattutto per quanto riguarda il sito di Cesenatico sud. Dal confronto tra i dati ambientali e quelli biotici ne è risultato che la variabile più strettamente correlata è quella del capulerio sia per quanto riguarda il pattern di distribuzione della macrofauna che della meio. Tale lavoro ha messo in evidenza come i popolamenti rispondano in maniera differente alla presenza di differenti barriere di difesa costiera che anche se simili nella loro struttura presentano dei differenti effetti che hanno sull’azione del moto ondoso, circolazione dell’acqua e trasporto di sedimenti portando così a differenti risposte nei patterns di distribuzione dei popolamenti.

Struttura dei popolamenti meiobentonici nella zona intertidale dell'Alto Adriatico a differenti gradi di antropizzazione

The present work is part of the European project THESEUS (Innovative technologies for safer Europeans coasts in a changing climate). The main goals are to provide adequate integrated methodologies for strategic planning of sustainable coastal defence. The present study investigates the structure and composition of meiobenthonic populations of the intertidal zone in four beaches along the Northern Adriatic coast of Emilia Romagna: Lido di Spina, Bellocchio, Lido di Dante e Cervia. The four sites are different for the level of human impacts and for the different management interventions against coastal erosion. The analysis of biotic and abiotic variables revealed different responses due mainly to site-specific characteristics of the investigated sites, in particular as regards the site of Bellocchio. The growing interest in ecosystems of sandy beaches has recently highlighted the importance of the ecological role of meiofauna, emphasizing the need to develop studies aimed to conservation as well as to the use of these organisms as descriptors of the environmental status. The present study showed that the response of the organisms of meiofauna was highly sensitive to the specific environmental conditions of the four sites considered. Therefore it appears to be possible to consider the response of meiofauna to environmental and anthropogenic stressors as supplementary information to the responses of macrobenthic communities, which have been, until now, widely recognized and used as syncretic indicators of the ecosystem status.

Risposta dei popolamenti meiobentonici al calpestio umano in habitat roccioso nel SIC Berchida-Bidderosa (Sardegna Nord-Orientale)

Il presente lavoro di tesi si propone di confrontare la risposta delle comunità bentoniche associate a una macroalga “habitat-former”, Cystoseira crinita (Duby), sottoposte a diverse intensità e frequenze di calpestio, tramite un esperimento di manipolazione in campo. Tale simulazione si è svolta in un tratto di costa rocciosa nel SIC (Sito di Importanza Comunitaria) di “Berchida-Bidderosa”, Sardegna Nord-Orientale. I risultati di questo esperimento mostrano come, in conseguenza del calpestio, si possa osservare una significativa perdita di biomassa di Cystoseira crinita. La perdita di biomassa si registra principalmente nei campioni sottoposti a calpestio con frequenze/intensità maggiori di 50 passi per unità di area. Le aree sottoposte a medio-alta frequenza/intensità di calpestio non mostrano nel breve periodo un significativo recupero della biomassa algale. Nel presente studio il confronto tra intensità e frequenze di calpestio rivela che il calpestio ripetuto in più giornate non mostra differenze significative rispetto a quello effettuato in un unica giornata. Il fattore che sembra incidere maggiormente sulla perdita di biomassa di Cystoseira crinita è dunque l’intensità di calpestio. L’analisi dei campioni meiobentonici ha rivelato una ricca comunità animale associata a Cystoseira crinita, con 29 taxa identificati. Analizzando gli effetti del calpestio si osserva come la meiofauna risenta negativamente dell’effetto del calpestio in termini di perdita di densità totale e di riduzione del numero di taxa, anche a basse intensità. I campioni meiofaunali sottoposti a medio alte intensità di calpestio non mostrano un recupero nel breve periodo. I risultati ottenuti sull’insieme dei popolamenti, in termini multivariati mostrano un evoluzione della struttura di comunità nel tempo, indicando una variazione delle relazioni di dominanza fra i taxa, che si modificano fra i diversi trattamenti e tempi. Anche nel caso delle analisi condotte sulla meiofauna non si riscontrano differenze tra intensità di calpestio e frequenze. Per valutare quanto la risposta dei popolamenti meiobentonici sia correlata alle variazioni di biomassa di Cystoseira crinita rispetto che ad un effetto diretto del calpestio, tutte le analisi sono state condotte pesando le densità dei diversi taxa in funzione della biomassa algale. Le analisi multivariate mostrano una chiara correlazione tra la biomassa algale e struttura della comunità meiobentoniche. L’effetto del calpestio riduce le abbondanze di organismi meiobentonici in maniera diretta, mentre il successivo ripopolamento dei differenti taxa è legato al recupero o meno di biomassa di Cystoseira crinita. In conclusione, i risultati di questo studio confermano che il calpestio umano sulle coste rocciose possa danneggiare una specie considerata ad alto valore ecologico, come Cystoseira crinita, producendo inoltre effetti negativi diretti ed indiretti sui popolamenti meiobentonici ad essa associati.

Risposta della taxocenosi ad Arpacticoidi lungo un gradiente di acidificazione (Castello Aragonese, Ischia)

Recentemente molti studi in ambiente marino sono stati focalizzati sui possibili impatti dovuti alle variazioni del pH degli oceani, causato dall’aumento delle immissioni di CO2 nell’atmosfera. Tra i possibili effetti nocivi, l’acidificazione oceanica può indurre cambiamenti nelle abbondanze e nelle distribuzioni delle engeneer species, con conseguenti ripercussioni sulla fauna associata. Esempio tipico di engeneer species sono le macroalghe che sono capaci di creare, lungo le coste rocciose, habitat diversi a seconda della specie che riesce ad attecchire. Tra le specie animali che dominano in questi habitat troviamo i copepodi Arpacticoidi, piccoli crostacei che svolgono un ruolo chiave all’interno delle reti trofiche. Per questi motivi lo scopo di questo lavoro è valutare possibili effetti dell’acidificazione sulle taxocenosi a copepodi Arpacticoidi associate alle macroalghe. Lo studio è stato svolto ad Ischia, nella zona nei pressi del Castello Aragonese, dove vi sono dei vents di origine vulcanica che emettono CO2 e formano un gradiente naturale di acidificazione lungo un’area di circa 300m, suddivisibile in 3 stazioni a differenti valori medi di pH. L’analisi delle taxocenosi è stata svolta a livello di generi e famiglie di Arpacticoidi, in termini di abbondanze e di struttura di comunità, su differenti specie algali raccolte lungo il gradiente di acidificazione. Mentre non si notano differenze significative per le famiglie, la struttura di comunità analizzata a livello di generi di copepodi Arpacticoidi mostra una suddivisione in due comunità ben distinte, delle quali una appartenente alla stazione acidificata e un'altra alle stazioni di controllo e moderatamente acidificata. Tale suddivisione si conferma anche prendendo in considerazione la diversa complessità strutturale delle alghe. Per quanto riguarda le abbondanze, sia a livello di famiglie che di generi, queste mostrano generalmente valori più elevati nella stazione moderatamente acidificata e valori più bassi nella stazione più acidificata. C’è però da considerare che se non si tiene conto della complessità algale queste differenze sono significative per le famiglie Ectinosomatidae, Thalestridae e per il genere Dactylopusia, mentre, se si tiene conto della complessità algale, vi sono differenze significative per la famiglia Miraciidae e per i generi Amonardia e Dactylopusia. In definitiva questo studio sembrerebbe evidenziare che le taxocenosi a copepodi Arpacticoidi siano influenzate sia dalla differente complessità algale, che dall’acidificazione oceanica. Inoltre mostra che, in prospettiva di studi futuri, potrebbe essere necessario focalizzarsi su specie algali ben definite e su un'analisi tassonomica dei copepodi Arpacticoidi approfondita fino al livello di specie.

Meiobenthos investigations in the Black Sea during Poseidon cruise POS317/3

Meiobenthos densities and higher taxon composition were studied in an active gas seepage area at depths from 182 to 252 m in the submarine Dnieper Canyon located in the northwestern part of the Black Sea. The meiobenthos was represented by Ciliata, Foraminifera, Nematoda, Polychaeta, Bivalvia, Gastropoda, Amphipoda, and Acarina. Also present in the sediment samples were juvenile stages of Copepoda and Cladocera which may be of planktonic origin. Nematoda and Foraminifera were the dominant groups. The abundance of the meiobenthos varied between 2397 and 52593 Ind./m**2. Maximum densities of Nematoda and Foraminifera were recorded in the upper sediment layer of a permanent H2S zone at depths from 220 to 250 m. This dense concentration of meiobenthos was found in an area where intense methane seeps were covered by methane-oxidizing microbial mats. Results suggest that methane and its microbial oxidation products are the factors responsible for the presence of a highly sulfidic and biologically productive zone characterized by specially adapted benthic groups. At the same time, an inverse correlation was found between meiofauna densities and methane concentrations in the uppermost sediment layers. The hypothesis is that the concentration of Nematoda and Foraminifera within the areas enriched with methane is an ecological compromise between the food requirements of these organisms and their adaptations to the toxic H2S.

Biomass and bioturbation in surface sediments of the Arctic Ocean

Little is known about the benthic communities of the Arctic Ocean's slope and abyssal plains. Here we report on benthic data collected from box cores along a transect from Alaska to the Barents Abyssal Plain during the Arctic Ocean Section of 1994. We determined: (1) density and biomass of the polychaetes, foraminifera and total infauna; (2) concentrations of potential sources of food (pigment concentration and percent organic carbon) in the sediments; (3) surficial particle mixing depths and rates using downcore 210Pb profiles; and (4) surficial porewater irrigation using NaBr as an inert tracer. Metazoan density and biomass vary by almost three orders of magnitude from the shelf to the deep basins (e.g. 47 403 individuals m**-2 on the Chukchi Shelf to 95 individuals m**-2 in the Barents Abyssal Plain). Water depth is the primary determinant of infaunal density, explaining 39% of the total variability. Potential food concentration varies by almost two orders of magnitude during the late summer season (e.g. the phaeopigment concentration integrated to 10 cm varies from 36.16 mg m**-2 on the Chukchi Shelf to 0.94 mg m**-2 in the Siberia Abyssal Plain) but is not significantly correlated with density or biomass of the metazoa. Most stations show evidence of particle mixing, with mixing limited to <=3 cm below the sediment-water interface, and enhanced pore water irrigation occurs at seven of the nine stations examined. Particle mixing depths may be related to metazoan biomass, while enhanced pore water irrigation (beyond what is expected from diffusion alone) appears to be related to total phaeopigment concentration. The data presented here indicate that Arctic benthic ecosystems are quite variable, but all stations sampled contained infauna and most stations had indications of active processing of the sediment by the associated infauna.

High-resolution in situ oxygen microprofiles, porewater and solid phase geochemistry from the Crimean shelf (Black Sea) from Maria S. Merian cruise MSM15/1

The outer western Crimean shelf of the Black Sea is a natural laboratory to investigate effects of stable oxic versus varying hypoxic conditions on seafloor biogeochemical processes and benthic community structure. Bottom-water oxygen concentrations ranged from normoxic (175 µmol O2/L) and hypoxic (< 63 µmol O2/L) or even anoxic/sulfidic conditions within a few kilometers' distance. Variations in oxygen concentrations between 160 and 10 µmol/L even occurred within hours close to the chemocline at 134 m water depth. Total oxygen uptake, including diffusive as well as fauna-mediated oxygen consumption, decreased from 15 mmol/m**2/d on average in the oxic zone, to 7 mmol/m**2/d on average in the hypoxic zone, correlating with changes in macrobenthos composition. Benthic diffusive oxygen uptake rates, comprising respiration of microorganisms and small meiofauna, were similar in oxic and hypoxic zones (on average 4.5 mmol/m**2/d), but declined to 1.3 mmol/m**2/d in bottom waters with oxygen concentrations below 20 µmol/L. Measurements and modeling of porewater profiles indicated that reoxidation of reduced compounds played only a minor role in diffusive oxygen uptake under the different oxygen conditions, leaving the major fraction to aerobic degradation of organic carbon. Remineralization efficiency decreased from nearly 100 % in the oxic zone, to 50 % in the oxic-hypoxic zone, to 10 % in the hypoxic-anoxic zone. Overall, the faunal remineralization rate was more important, but also more influenced by fluctuating oxygen concentrations, than microbial and geochemical oxidation processes.

Ecological investigations in the wadden area off Borkum, East Frisian Islands, Germany

Die Bodentiergemeinschaft des Wattenmeeres ist von Frühjahr bis Herbst eines jeden Jahres durch extrem hohe Dichten von Jungtieren charakterisiert. Die Kenntnisse über die Ansiedlung von fplanktischen Larven im Wattenmeer, sowie die Dynamik postlarvaler Stadien sind aufgrund der üblicherweise verwendeten, großen Siebmaschenweiten gering. Gerade aber diesen Altersstadien kommt möglicherweise eine besondere Stellung im Energiefluß des Wattenmeeres zu. An 5 Stationen (von NWL bis HWL, B1-B5) im Rückseitenwatt der ostfriesischen Insel Borkum wurden 1986 Ansiedlung, räumliche Verteilung, Wachstum, Mortalität und Produktion der Altersklasse 0 von Macoma balthica, Mya arenaria und Cerastoderma edule untersucht. Um die Ansiedlung der planktotrophen Larven dieser Arten zu beschreiben, wurden ihre Dichten in Plankton und Bodenproben miteinander verglichen. Die Untersuchungen zur Dynamik der benthischen Stadien wurden mit zwei in der Probenfläche und der Siebmaschenweite unterschiedlichen Probenserien durchgeführt. Die Drift postlarvaler Stadien wurde durch bodennahe Planktonfänge innerhalb des Eulitorals nachgewiesen. Parallel zu den Untersuchungen an der Endofauna wurden das Vorkommen und die Größe epibenthischer Räuber im Untersuchungsgebiet erfaßt. Die Hauptansiedlung von M. balthica- und M. arenaria-Larven erfolgte nahezu gleichzeitig Ende Mai/Anfang Juni. Die meisten Larven beider Arten gingen an der prielnächsten (tiefsten) Station (B1) zum Bodenleben über, gefolgt von der nächst höher gelegenen Station B2. Während frühe Bodenstadien von M. arenaria nicht im oberen Bereich des Watts (B3,B4) gefunden wurden, ist eine geringfügige Erstansiedlung von M. balthica in diesem Gebiet nicht auszuschließen. Ein die Ansiedlung limitierender Einfluß der relativ dichten Mya arenaria-Siedlung an den Stationen B1 und B2 sowie der Alttiere von M. balthica konnte nicht festgestellt werden. Die Ähnlichkeit des Ansiedlungsprozesses bei beiden Arten, die sich im Zahlenverhältnis Larvenangebot zu Anzahl der ersten Bodenstadien widerspiegelt, kann ein Hinweis auf eine überwiegend passive Ansiedlung der Larven am Boden sein. Der Ort der Hauptansiedlung von C. edule wurde durch den Transekt nicht erfaßt. Die Station B2 war zwar durch ein Herzmuschelfeld charakterisiert, dieses war aber nach zwei Eiswintern nahezu vollständig eliminiert. Der Abundanz der planktischen Larven zufolge war der Hauptansiedlungszeitraum ebenfalls Ende Mai/Anfang Juni. Zu dieser Zeit wurden nur vereinzelt frühe Bodenstadien an den Stationen B1 und B2 gefunden, keine an den Stationen B3 und B4. Während die frühen postlarvalen Stadien von M. arenaria überwiegend am Ort der Ansiedlung blieben, verbreiteten sich die von M. balthica bis in den oberen Bereich des Untersuchungsgebietes (B3-B5). Analog zu der Besiedlung dieser Gebiete durch postlarvale M. balthica wurde die im Verlauf des Untersuchungsjahres stattfindende Kolonisierung der Station B1 durch C. edule ebenfalls postlarvalem Transport zugeschrieben. Demzufolge spielt bei beiden Muschelarten postlarvaler Transport eine wichtige Rolle bei der Besiedlung von Habitaten. Planktonfänge innerhalb der bodennahen Wasserschicht bestätigten, daß im Untersuchungsgebiet M. balthica die am stärksten verdriftende Muschelart war, gefolgt von C. edule. Mortalität, Wachstum, mittlere Biomasse, Produktion und P/B-Verhältnis wurden für M. balthica an den Stationen B1, B3 und B4 sowie für M. arenaria an der Station B1 bestimmt. Wachstum und damit auch Produktion beider Arten erwiesen sich hier - wie an den höher gelegen Stationen (nur M. balthica) - als durch größenselektiven Feinddruck beeinflußt. Der Effekt postlarvalen Transports auf Wachstum wird diskutiert. Übergreifend über die auf Artebene diskutierten Ergebnisse wird die Bedeutung der Dispersion postlarvaler Stadien und die Wirkung epibenthischen Feinddrucks im Wattenmeer erörtert. Der Vergleich postlarvalen Transportes mit der Dispersion planktischer Larvenstadien, der Dispersion von Meiofauna und der Mobilität adulter Stadien der Makrofauna verdeutlicht, daß es sich hierbei um eine Strategie handeln kann, innerhalb eines unvorhersagbaren Biotops freiwerdende Ressourcen zu nutzen und dadurch Konkurrenz zu vermeiden. Es wird die Hypothese aufgestellt, daß Initialansiedlung und Immigration einerseits sowie Feinddruck und Emigration andererseits einen Regelkreis darstellen, der in verschiedenen Teilbereichen des Watts mit unterschiedlicher Geschwindigkeit abläuft.

Benthic respiration and physical oceanography on two contrasting continental margins in the western Indian Ocean: the Yemen-Somali upwelling region and the margin off Kenya

During the Netherlands Indian Ocean Project (NIOP, 1992-1993) sediment community oxygen consumption (SCOC) was measured on two continental margins in the Indian Ocean with different productivity: the productive upwelling region off Yemen-Somalia and the supposedly less productive Kenyan margin, which lacks upwelling. The two margins also differ in terms of river input (Kenya) and the more severe oxygen minimum in the Arabian Sea. Simultaneously with SCOC, distributions of benthic biomass and phytodetritus were studied. Our expectation was that benthic processes in the upwelling margin of the Arabian Sea would be relatively enhanced as a result of the higher productivity. On the Kenyan margin, SCOC (range 1-36 mmol/m**2/d) showed a clear decrease with increasing water depth, and little temporal variation was detected between June and December. Highest SCOC values of this study were recorded at 50 m depth off Kenya, with a maximum of 36 mmol/m**2/d in the northernmost part. On the margin off Yemen-Somalia, SCOC was on average lower and showed little downslope variation, 1.8-5.7 mmol/m**2/d, notably during upwelling, when the zone between 70 and 1700 m was covered with low O2 water (10-50 µM). After cessation of upwelling, SCOC at 60 m depth off Yemen increased from 5.7 to 17.6 mmol/m**2/d concurrently with an increase of the near-bottom O2 concentration (from 11 to 153 µM), suggesting a close coupling between SCOC and O2 concentration. This was demonstrated in shipboard cores in which the O2 concentration in the overlying water was raised after the cores were first incubated under in situ conditions (17 µM O2). This induced an immediate and pronounced increase of SCOC. Conversely, at deeper stations permanently within the oxygen minimum zone (OMZ), SCOC showed little variation between monsoon periods. Hence, organic carbon degradation in sediments on a large part of the Yemen slope appears hampered by the oxygen deficiency of the overlying water. Macrofauna biomass and the pooled biomass of smaller organisms, estimated by the nucleic acid content of the sediment, had comparable ranges in the two areas in spite of more severe suboxic conditions in the Arabian Sea. At the Kenyan shelf, benthic fauna (macro- and meiofauna) largely followed the spatial pattern of SCOC, i.e. high values on the northern shelf-upper slope and a downslope decrease. On the Yemen-Somali margin the macrofauna distribution was more erratic. Nucleic acids displayed no clear downslope trend on either margin owing to depressed values in the OMZ, perhaps because of adverse effects of low O2 on small organisms (meiofauna and microbes). Phytodetritus distributions were different on the two margins. Whereas pigment levels decreased downslope along the Kenya margin, the upper slope off Yemen (800 m) had a distinct accumulation of mainly refractory carotenoid pigments, suggesting preservation under low 02. Because the accumulations of Corg and pigments on the Yemen slope overlap only partly, we infer a selective deposition and preservation of labile particles on the upper slope, whereas refractory material undergoes further transport downslope.

(Table 1) Snow and sea ice characteristics at stations sampled during a CCGS Amundsen cruise in 2008, eastern Beaufort Sea

This is the first study to determine vertical distribution patterns of sympagic meiofauna, including metazoans, protozoans and eggs >20 µm, in the Amundsen Gulf (southeastern Beaufort Sea, Arctic). Full sea-ice cores were sampled from mid of March to end of May 2008 (Circumpolar Flaw Lead system study). Investigations were performed on first-year ice from three pack- and three fast-ice stations. Additionally, 5-cm bottom-ice sections were sampled at 13 pack-ice and 5 fast-ice stations. The metazoan community was composed of nematodes, rotifers, copepods, copepod nauplii, platyhelminthes and a few rare taxa such as mollusks, cnidarians and nemerteans. High numbers of eggs, between 50 and 2,188 eggs/L, particularly of nematodes and copepods, were present in the ice. Investigations revealed also eggs of the pelagic species Calanus hyperboreus and Sagitta spp. within the ice, so that further research is needed to clarify whether more organisms than expected might use this habitat as a reproduction ground. Many different morphotypes of protozoans were observed in the samples, especially ciliates of the order Euplotida. The highest abundance was always found in the lowermost 5 cm of the ice cores, nevertheless sympagic meiofauna was not restricted to that part of the ice. Integrated meiofauna abundance ranged between 41 and 4,738 x 10**2 Ind/m**2 and was highest in the fast ice in early May. Differences between pack and fast ice in terms of integrated meiofauna communities and vertical distribution were not significant, while the analysis of the bottom-ice sections indicated both a temporal development and ice-type-specific differences.