Title: Change agents: sea urchin regulation and state shifts in Mediterranean macrophyte systems
Abstract: [eng] Macrophyte systems are globally vulnerable to overgrazing, often shifting precipitously to functionally poorer alternative stable states triggered by herbivore population outbreaks. Sea urchin herbivory can cause shifts in shallow macrophyte systems in the Mediterranean (i.e. macroalgal communities and seagrass meadows) changing the structure of these communities to completely bare extensions; rocky macroalgal systems are particularly prone to barren formation. These sudden transitions are inherently surprising making it very difficult to manage the rich diversity and productivity these ecosystems support. This thesis attempts to address the uncertainty underlying these regime transitions by first identifying the location of critical thresholds in response to sea urchin stressors and then predicting how these thresholds vary under different environmental conditions. Specifically, it describes how inherently poor nutrient regions are more prone to catastrophic shifts related to two synergistic mechanisms, i) compensatory feeding by urchins in low nutrient regions and ii) higher rates of algal growth in high nutrient areas. Additionally, it identifies the principal regulatory processes determining variations in sea urchin numbers (main stressor) in the complex seascapes of mixed macroalgal communities and seagrass meadows that dominate shallow Mediterranean shores. Particularly, this thesis shows that habitat can determine when in the sea urchin’s life history this regulation occurs. While predation is the most important agent of regulation in both macroalgal and seagrass meadows, populations are also highly influenced by migration and settlement processes. Finally, it describes the importance of identifying hotspots of functional predation (main regulating agent) across a wide stretch of coastline to implement management actions and preserve the sustainability of macrophyte ecosystems. In parallel, this thesis also tests the effectiveness of a widely-employed but rarely tested assay to measure rates of predation that was central to this work. The results of this assessment show that marking sea urchins in the field by piercing is a very reliable tool to measure predation rates, neither affecting the mortality of the marked organism nor enhancing its detectability by predators. Overall, the results presented here will enhance the predictability of catastrophic transitions in Mediterranean macrophyte systems and could potentially be extrapolated to other ecosystems in temperate seas. [spa] Los ecosistemas de macrofitos son sistemas especialmente vulnerables al herbivorismo sobredimensionado. Estos, pueden sufrir cambios funcionales bruscos cuando las poblaciones de herbivoros crecen de manera descontrolada, precipitando hacia estados alternativos estables poco productivos. El herbivorismo de los erizos de mar puede ser causa de estos cambios de fase en los sistemas de macrofitos marinos costeros en el Mediterraneo (comunidades de macroalgas y praderas de fanerogamas marinas). Las comunidades de macroalgas son particularmente susceptibles a la presion de los erizos, que provoca importantes cambios estructurales en los sistemas rocosos dejando a su paso extensas zonas deserticas conocidas como blanquizales. Estos cambios de fase son dificilmente predecibles y como consecuencia, la diversidad y productividad de estos ecosistemas es muy dificil de gestionar. La presente tesis pretende reducir la incertidumbre asociada dichos cambios de fase, identificando primero, la posicion del umbral critico (presion de herbivorismo) que provoca la perdida de estructura y segundo, como este umbral puede variar en funcion de las condiciones ambientales especificas de una region. En particular, se describe como las zonas pobres en nutrientes son mas susceptibles a los cambios de fase debido a i) compensacion alimentaria en las zonas de bajos nutrientes y ii) aumento en las tasas de crecimiento de las algas en zonas de altos nutrientes. Adicionalmente, se identifican los principales procesos que determinan variaciones en las poblaciones de erizos de mar (estresor principal) en los ecosistemas costeros de macroalgas y fanerogamas marinas del Mediterraneo. En particular, se demuestra como el habitat puede determinar el momento y los procesos en que la regulacion de las poblaciones tiene lugar. Finalmente, esta tesis describe la importancia de identificar los puntos calientes de depredacion (principal agente regulador de las poblaciones de erizos) para la gestion sostenible de los ecosistemas de macrofitos costeros. En paralelo, se prueba la fiabilidad de una metodologia extensamente utilizada en el marcaje de erizos de mar para el analisis de depredacion, observando como esta tecnica es perfectamente fiable en el analisis de depredacion de erizos de mar, no afectando a la mortalidad de los individuos marcados ni a su detectabilidad por parte de depredadores. En global, los resultados presentados mejoraran la capacidad para predecir los cambios entre estados alternativos de los ecosistemas de macrofitos en el Mediterraneo y potencialmente de otros ecosistemas similares en los mares templados a nivel global.
Publication Year: 2016
Publication Date: 2016-01-01
Language: es
Type: article
Access and Citation
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