info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
Humans as top predators in the ocean: how mechanisms structuring shallow benthic communities are influenced by fishing
Autor
Petit Vega, Ignacio Javier
Institución
Resumen
Throughout history humans have been considered separated from other predators due to their disproportionate influence upon the environment. Large-scale removal of species has simplified food webs resulting in the degradation of entire ecosystems relative to their original condition. This has led to alterations of ecological interactions such as herbivory and competition, as well as in animal anti-predator behavior. Currently, fishes are the most important herbivores on shallow coral reefs, where they control algal successional processes, benthic community structure and promote coral reef resilience. Globally, many coral reef fisheries are overexploited, directly affecting the structure and function of nearshore communities.
Rapa Nui (or Easter Island) is the south-eastern most corner of the Polynesian Triangle and along with Salas & Gómez (an uninhabited island 415 km to the east of Rapa Nui) are one of the most isolated island-groups in the Pacific Ocean and the only two islands in the Easter Island Ecoregion. Currently, coastal marine resources at Rapa Nui are declining in their abundances, likely due to overfishing. In contrast, Salas & Gómez island, within the Motu Motiro Hiva Marine Park (MMHMP), possesses a healthy nearshore coral reef community with higher biomass of coastal fishes and top predators compared to Rapa Nui.
Thus, the main objective of this thesis was to elucidate how fishing of coastal fishes is affecting ecological interactions such as herbivory, competition, and the behavior of fishes in the coastal reef communities of Rapa Nui and compare them with those at the MMHMP. In 2018, three independent experiments were conducted at Rapa Nui and Salas & Gómez: 1) to examine changes in the functional role of herbivorous fishes in the coastal benthic community in a gradient of fishing pressure at Rapa Nui, I used artificial underwater settlement plates with different levels of herbivore exclusion; 2) to assess how overfishing indirectly affects fish territoriality in places with dissimilar abundances of top predators, I used a “mirror experiment” to trigger territorial behavior in the damselfish Stegastes fasciolatus and quantify all intra and interspecific attacks at MMHMP and Rapa Nui; and 3) to examine the effect of spearfishing on the anti-predator behavior of the pacific rudderfish Kyphosus sandwicensis, I used the Flight Initiation Distance (FID) method to investigate and estimate the minimum distance at which an observer can approach a fish before it flees. Observations were made at depths normally accessed by free divers and deeper at Rapa Nui and the MMHMP. All experiments conducted at Rapa Nui were coupled with underwater visual censuses to describe fish assemblages at each experimental site.
Herbivorous fishes effectively controlled fleshy erect algae growth along the west and north coast of Rapa Nui. In total exclusion treatments, the green algae Codium spp. dominated settlement plates representing a possible late successional stage. Significant differences in terms of fish biomass were observed across the experimental sites, suporting a potential fishing pressure gradient at Rapa Nui.
Regarding the territoriality of S. fasciolatus, three times more damselfish attacks against a mirror were found at Rapa Nui than at MMHMP, and a similar pattern was observed for attacks against other fishes. A significant positive relationship was found between the numerical abundance of the white bar surgeonfish, Acanthurus leucopareius, and the number of attacks by S. fasciolatus against fishes, while the only positive relationship with fish attacking the mirror was the abundance of K. sandwicensis; the higher territoriality found at Rapa Nui could be the result of a lack of top-down control and the consequent release of herbivorous competitors.
In relation to the rudderfish anti-predator behavior, the overall FID at MMHMP was significantly shorter compared to FID in shallow strata at Rapa Nui, but this was not different from FID in deeper depths at Rapa Nui. Kyphosus sandwicensis biomass was not different among study sites at Rapa Nui, but it was significantly higher at deeper depths. This same pattern was observed for fish body length, indicating depth as a possible refuge from fishing at Rapa Nui.
My findings highlight the functional role of coastal herbivorous fishes in controlling algae growth in the shallow benthic community of Rapa Nui and how overfishing can indirectly affect ecological interactions such as fish territoriality, as well as prey anti-predator behavior at Rapa Nui. The results of this study can help to support spatial and temporal management strategies to increase the protection of nearshore fishes in the recently created Rapa Nui Multiple Uses Marine Protected Area. A lo largo de la historia, los humanos han sido considerados independientemente de otros depredadores debido a su desproporcionada influencia en el medioambiente. La extracción de especies a gran escala ha simplificado las redes tróficas, resultando en la degradación de ecosistemas respecto de su estado original. Lo anterior ha llevado a la alteración de importantes interacciones ecológicas tales como la herbivoría, la competencia, así como también el comportamiento animal.
Actualmente, los peces son los herbívoros más importantes en los arrecifes coralinos costeros, dentro de los cuales controlan procesos tales como los patrones sucesionales de las algas, determinan la composición de las comunidades bentónicas, y promueven la resiliencia de los arrecifes coralinos. Globalmente, muchas pesquerías de peces de arrecife se encuentran sobreexplotadas, afectando de manera directa la estructura y funcionamiento de las comunidades costeras arrecifales.
Rapa Nui (o Isla de Pascua) es la esquina sureste del Triángulo Polinésico, y con Salas & Gómez (una pequeña isla inhabitada ubicada a 415 km al este de Rapa Nui) son uno de los grupos de islas más remotos del océano Pacífico y las únicas islas en la Ecorregión de Isla de Pascua. Actualmente, los recursos marinos en Rapa Nui son cada vez más escasos, probablemente por la sobrepesca. En contraste, en Salas & Gómez, donde el Parque Marino Motu Motiro Hiva (PMMMH) fue creado, sostiene una comunidad coralina costera sana en términos de una alta biomasa de peces costeros y depredadores tope en comparación con Rapa Nui.
De este modo, el principal objetivo de esta tesis fue dilucidar cómo la pesca de recursos marinos costeros está afectando interacciones ecológicas como la herbivoría, la competencia, así como el comportamiento animal en los arrecifes coralinos de Rapa Nui. Así, durante el año 2018, se desarrollaron 3 experimentos independientes en Rapa Nui y Salas & Gómez: 1) para examinar el rol funcional de los peces herbívoros en las comunidades costeras en un gradiente de presión de pesca en Rapa Nui, se utilizaron platos de asentamiento artificiales con distintos niveles de exclusión a la herbivoría; 2) para evaluar cómo la sobrepesca afecta indirectamente la territorialidad entre los peces en hábitats con abundancias disímiles de depredadores, se realizó un experimento de “espejo” para gatillar la conducta territorial del pez damisela Stegastes fasciolatus y se cuantificaron todos los ataques intra e interespecíficos en el PMMMH y Rapa Nui; 3) para examinar el efecto de la caza submarina en la conducta anti-depredatoria de un importante pez para la cultura Rapa Nui, el pez timón Kyphosus sandwicensis, se utilizó el método de la Distancia Inicial de Escape (DIE) para investigar y estimar la distancia mínima a la cual un observador puede acercarse a un pez antes de que este escape, a profundidades normalmente frecuentadas por cazadores submarinos apneistas y más profundas en Rapa Nui y el PMMMH. Todas las investigaciones en Rapa Nui fueron complementadas con censos visuales submarinos para describir los ensambles de peces en cada sitio experimental.
Los peces herbívoros controlaron efectivamente el crecimiento de algas erectas a lo largo de la costa oeste y norte de Rapa Nui. En los tratamientos de exclusión total, el alga verde Codium spp. dominó los platos de asentamiento evidenciando un posible estado tardío de sucesión. Las biomasas de peces fueron significativamente diferentes entre los sitios experimentales, evidenciando un posible gradiente de presión de pesca a lo largo de la costa de Rapa Nui.
Respecto del comportamiento territorial de S. fasciolatus, tres veces más ataques del pez al espejo ocurrieron en Rapa Nui respecto de PMMMH, un patrón similar fue observado respecto de los ataques contra a otros peces. Una relación significativamente positiva fue observada entre la abundancia del pez cirujano de barra blanca Acanthurus leucopareius y el número de ataques dirigidos a otros peces, mientras que la única relación positiva respecto de los ataques al espejo fue observada con la abundancia de K. sandwicensis; la mayor territorialidad encontrada en Rapa Nui podría ser el resultado de la pérdida del control trófico arriba-abajo y la consecuente liberación de los herbívoros competidores.
Por último, respecto del comportamiento anti-depredatorio de K. sandwicensis, el DIE promedio en el PMMMH fue significativamente más corto comparado con el DIE en aguas poco profundas de Rapa Nui, sin embargo, este no fue diferente del comportamiento de escape de los peces en aguas profundas de Rapa Nui. La biomasa de K. sandwicensis no fue diferente entre los sitios de estudio en Rapa Nui, pero en general fue significativamente mayor en aguas profundas. El mismo patrón fue observado para las estructuras de talla de los peces observados, indicando que la profundidad actuaría como un posible refugio ante la pesca en Rapa Nui.
Los distintos descubrimientos de esta tesis evidencian el rol funcional de los peces herbívoros como controladores de la biomasa de algas en los arrecifes someros de Rapa Nui, y cómo la sobreexplotación pesquera afecta indirectamente las interacciones ecológicas como la territorialidad en los peces, así como su comportamiento anti-depredatorio en Rapa Nui. Los resultados de este estudio pueden contribuir con información base a la propuesta de estrategias de manejo espacial y temporal para aumentar la protección efectiva del ensamble de peces costeros en la recientemente creada “Área Marina Costera Protegida de Múltiples Usos Rapa Nui”.