Evaluación colaborativa de los factores de estrés de los ecosistemas regionales de Florida (FRESCA)
Examen de los efectos de múltiples factores de estrés ambiental en los ecosistemas marinos esenciales del sur de Florida bajo un clima cambiante
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Sobre el proyecto
La Evaluación Colaborativa de los Estresores de los Ecosistemas Regionales de Florida, o "FRESCA", es un esfuerzo de colaboración de cuatro años codirigido por científicos del AOML y de la Universidad de Miami y en el que participan siete instituciones de investigación para evaluar los impactos actuales y futuros de cinco estresores medioambientales clave exacerbados por el cambio climático en todo el sur de Florida: acidificación oceánica, calentamiento oceánico, hipoxia, floraciones de algas nocivasy eutrofización.
FRESCA está organizado en cuatro módulos clave que se complementan y refuerzan mutuamente, a medida que científicos de distintas instituciones investigan el impacto futuro de estas amenazas globales en los ecosistemas del sur de Florida y en nuestras comunidades.
Explore aquí cada módulo:
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Investigación de impactos futuros
de las amenazas mundiales
Ecosistemas y comunidades locales
Quiénes somos
| Ana Palacio, Ph.D.
Asistente Científico
| Emma Pontes, Ph.D.
Asociado postdoctoral
Noticias principales
New Study Reveals Impacts of Suspended Sediment from Port Miami on Larvae from Threatened Caribbean Coral
July 16, 2024
New study led by scientists at CIMAS, AOML and NMFS reveals impacts of suspended sediment from Port Miami on early life stages of a threatened Caribbean coral species.
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Antecedentes e impactos clave
El sur de Florida y sus habitantes están estrechamente relacionados con el medio ambiente y los hábitats marinos que los rodean. Desde la alimentación y la pesca hasta el ocio, los negocios y las infraestructuras, los ecosistemas del sur de Florida están inexorablemente inexorablemente a la vitalidad, el éxito y la resistencia de sus habitantes. Sin embargo, la zona se ve acosada por una serie de factores de estrés que, si no se gestionan, amenazan tanto la vida marina como las comunidades. La Evaluación Colaborativa de los Factores de Estrés de los Ecosistemas Regionales de Florida (FRESCA) es un proyecto multidisciplinar a gran escala, multidisciplinar a gran escala multidisciplinar a gran escala, centrado en el seguimiento, la predicción y la gestión de estos ecosistemas en una era de cambio.
Con especial atención a la plataforma del suroeste de Florida y al Santuario Marino Nacional de los Cayos de Florida (FKNMS), este estudio pretende caracterizar los impactos de estos cinco factores de estrés clave en los Everglades, los manglares, las praderas marinas y los ecosistemas de arrecifes de coral y los proyectos de restauración a través del Plan Integral de Restauración de los Everglades (CERP) y Misión: Arrecifes Icónicos (M: IR). Para lograrlo, FRESCA también pretende evaluar la eficacia de estos proyectos de restauración bajo múltiples escenarios de cambio climático para determinar el mejor camino a seguir.
La investigación sobre restauración y resiliencia de los corales del AOML ha descubierto que los corales expuestos a un tratamiento de temperatura variable en el laboratorio durante 90 días eran más capaces de soportar las temperaturas más cálidas del océano causadas por el cambio climático. Los corales tratados con temperatura también eran menos propensos a sucumbir a la decoloración, mientras que los corales no tratados experimentaban una pérdida de tejido y necrosis más rápida. Estos resultados ofrecen a los científicos que trabajan en la restauración de corales un nuevo enfoque para aumentar la tasa de éxito de la plantación de coral cuerno de ciervo criado en viveros en arrecifes degradados. En la actualidad, decenas de miles de colonias de acroporidios se crían y trasplantan en el arrecife de coral de Florida cada año, y se observa una supervivencia superior al 70% un año después de la trasplantación.
Los científicos especializados en corales del AOML han dirigido 16 cruceros del Programa Nacional de Vigilancia de Arrecifes de Coral en seis emplazamientos de campo en el Atlántico, el Caribe y el Golfo de México, recopilando valiosos datos utilizados para ofrecer una visión global de los efectos del cambio climático en los ecosistemas de los arrecifes de coral. Se han procesado más de 3000 muestras de agua. Estos datos se han utilizado para examinar la respuesta de los corales a cambios precisos y controlados de las condiciones ambientales y determinar la resistencia de los corales a factores de estrés como el aumento de las temperaturas, la acidificación de los océanos y el flujo de nutrientes.
Módulo 1: Evaluación de la variabilidad espaciotemporal de los cinco principales factores de estrés
Aunque el cambio climático es una amenaza mundial, sus efectos (es decir, "factores de estrés ambiental") no son uniformes en todos los ecosistemas. Desde los manglares poco profundos hasta los arrecifes de coral de alta mar, las distintas regiones y ecosistemas serán más susceptibles a determinados factores de estrés ambiental, mientras que otros pueden resultar más resistentes.
También cabe esperar que la intensidad de estos factores de estrés fluctúe a lo largo de las estaciones, los años y las décadas. Por lo tanto, el Módulo 1 pretende describir en primer lugar cómo afectarán a los ecosistemas del sur de Florida los cinco principales factores de estrés ambiental provocados por el cambio climático, y cómo se espera que varíen sus efectos tanto espacialmente como a lo largo del tiempo.
1.1 Descripción de la variabilidad espaciotemporal de los cinco principales factores de estrés
Identificación del impacto de los principales factores de estrés en el sur de Florida
La mejora de los cruceros a lo largo de los transectos designados permitirá a nuestro equipo medir los parámetros biogeoquímicos para comprender el alcance espacial de los cinco principales factores de estrés. La repetición de cruceros a lo largo de estos transectos en la plataforma del suroeste de Florida y en el Santuario Marino Nacional de los Cayos de Florida, respectivamente, nos permite controlar las tendencias e identificar posibles puntos críticos de estos factores de estrés en todo el sur de Florida.
Un mapa de la zona de estudio de FRESCA. Los estudios de crucero embarcarán repetidamente a lo largo de cada transecto respectivo y recogerán muestras de agua en las estaciones designadas (marcadas con puntos multicolores).
1.2 Modelización biogeoquímica regional (MOM6 - Modelización COBALT)
Los científicos utilizan la vasta base de datos creada para elaborar modelos de alta resolución de los complejos procesos biogeoquímicos que influyen en las aguas del sur de Florida.
MOM6 - Los modelos COBALT permiten a nuestro equipo ver cómo varían estos factores de estrés provocados por el cambio climático en toda la región, e integrando Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático (IPCC) (IPCC), proyectan cómo se espera que se intensifiquen estos factores de estrés clave a medida que empeore el cambio climático.
1.3 Modelización del metabolismo del ecosistema bentónico en el Santuario Marino Nacional de los Cayos de Florida
Desde la fotosíntesis y la respiración de las praderas marinas hasta la calcificación de los corales, la actividad metabólica de las comunidades bentónicas influye significativamente en la química del carbonato del agua de mar de los ecosistemas marinos, ya sea agravando o mitigando factores de estrés como la acidificación de los océanos.
El desarrollo de modelos SLiM nos permitirá predecir la influencia de las comunidades bentónicas en la química del carbonato en todo el Santuario Marino Nacional de los Cayos de Florida.
Módulo 2: Identificación de especies - Umbrales específicos a múltiples factores de estrés
El módulo 2, organizado en tres experimentos globales, está dedicado a determinar cómo las especies de coral, los bioeroders (esponjas) y los organismos fotosintéticos que alteran el hábitat se ven afectados por tres factores de estrés ambiental: la acidificación de los océanos (OA), la temperatura y la hipoxia (falta de oxígeno).
Para dar un paso más, estamos investigando cómo la acidificación de los océanos y los cambios de temperatura influyen en las tasas de crecimiento de la Karenia brevis.de Karenia brevisel alga responsable de las floraciones de algas nocivas (FAN) y de la hipoxia en escenarios extremos. Este enfoque nos permite determinar no sólo cómo la biodiversidad marina esencial se ve afectada por múltiples factores de estrés, sino también cómo estos factores de estrés se influyen mutuamente a medida que se ven exacerbados por el cambio climático.
Nuestro laboratorio experimental de arrecifes identifica los umbrales clave
Con el Laboratorio Experimental de Arrecifes, Experimentos 1 y 2 están diseñados para identificar los umbrales en los que las especies marinas clave para la persistencia del hábitat del arrecife (corales, esponjas) y los organismos fotosintéticos conocidos por alterar los impactos de los factores de estrés ambiental (pastos marinos y sargazo) se enfrentan a la degradación y la mortalidad cuando se exponen a la acidificación de los océanos, a temperaturas superiores a la media y a la hipoxia.
Experimento 1
El objetivo de este experimento es identificar los umbrales de las especies a la acidificación oceánica (pCO2 elevada) y la hipoxia para estas especies bentónicas de importancia ecológica. bentónicas de importancia ecológica.
Esto incluirá:
- 12 especies de coral
- 2 bioeroders
- 2 taxones fotosintéticos
Experimento 2
Basándonos en los resultados del Experimento 1, evaluaremos la respuesta a la hipoxia de 3 especies de coral, 2 bioeroders (esponjas) y 1 taxum fotosintético (ThalassiaManglar). Para simular la exposición de estas especies esenciales a múltiples factores de estrés, el objetivo del Experimento 2 es determinar cómo influyen la acidificación de los océanos y las temperaturas superiores a la media en la tolerancia de cada especie a la hipoxia (bajo nivel de oxígeno).
Cómo influyen los factores de estrés ambiental en la formación de floraciones de algas nocivas (FAN)
En colaboración con el Instituto de Ciencias Marinas de Virginia, este módulo va más allá para evaluar cómo la acidificación de los océanos, la temperatura y las concentraciones de nutrientes afectan a las tasas de crecimiento de Karenia brevisel alga responsable de crear condiciones hipóxicas, Floraciones de Algas Nocivas (FAN) y las "Mareas Rojas" de Florida.
Para lograrlo, estamos examinando cómo K. brevis las tasas de crecimiento, el volumen celular y la producción de brevetoxinas en respuesta a diversas combinaciones de temperatura, pH y proporciones de nitrógeno y fósforo.
Enlaces adicionales:
Para saber más sobre K. brevis y las Mareas Rojas: https://oceanservice.noaa.gov/hazards/hab/gulf-mexico.html
Explore la "Previsión Ecológica" de la NOAA sobre las Mareas Rojas en el Golfo de México: https://oceanservice.noaa.gov/ecoforecasting/
Predicción actual de las floraciones de algas nocivas (FAN) en el Golfo de México: https://coastalscience.noaa.gov/science-areas/habs/hab-forecasts/gulf-of-mexico/
Módulo 3: Persistencia de hábitats bentónicos y avances en la restauración de los siete Misión: Arrecifes icónicos
Estudios recientes estudios recientes demuestran que el 70% de los arrecifes de coral de Florida están experimentando una pérdida neta de hábitat arrecifal, lo que significa que la erosión está superando significativamente la producción de carbonato.lo que significa que la erosión está superando significativamente la producción de carbonato, estamos desarrollando modelos muy detallados de presupuesto de carbonato para evaluar la persistencia de los siete arrecifes icónicos de la Misión: Arrecifes icónicos de los Cayos de Florida en un clima cambiante.
Cómo lo hacemos
Las estructuras de los arrecifes de coral, formadas por carbonato cálcico (CaCO₃), dependen del equilibrio entre carbonato (CO₃) producción y la erosión (es decir, la "bioerosión").
Este equilibrio es lo que compone el arrecife de coral de carbonato de un arrecife de coral.
Mientras que la mayoría de los arrecifes de Florida están experimentando una pérdida neta de la estructura del hábitat, lo que significa que la erosión está superando significativamente la producción de carbonato, nuestro equipo está creando modelos de presupuesto de carbonato de alta calidad en los siete arrecifes de Florida. arrecifes icónicos: Arrecifes Icónicos para analizar el impacto de las estrategias de conservación en curso bajo el cambio climático.
Basándose en la modelización del hábitat, los fotomosaicos y las imágenes realizadas por Mission: Iconic Reefs en cada emplazamiento, estos modelos del balance de carbonatos serán sensibles a cuatro de los cinco principales factores de estrés medioambiental: acidificación oceánica, calentamiento oceánico, hipoxia, floraciones de algas nocivas (FAN).
Al integrar los resultados clave de los módulos 1 y 2 relativos tanto a la distribución de los factores de estrés como a los umbrales identificados de especies específicas, estos modelos podrán determinar la eficacia de una serie de escenarios de restauración de arrecifes, incluidas las zonas de arrecifes dentro de cada emplazamiento.
Las enormes posibilidades de esta tecnología de vanguardia nos permitirán evaluar y predecir el impacto de cada uno de los arrecifes icónicos de Mission: Iconic Reef se ve afectado por el cambio climático y sus respectivos factores de estrés, lo que permitirá extraer conclusiones clave para avanzar en las estrategias actuales y futuras de conservación de los arrecifes.
Módulo 4: Respuestas comunitarias a las condiciones de estrés
Para examinar a fondo las repercusiones del cambio climático en los ecosistemas marinos, este módulo se dedica a analizar la respuesta de las principales especies planctónicas y de peces a los cinco principales factores de estrés y su distribución variable desde la plataforma suroccidental de Florida hasta los Cayos de Florida. Utilizando datos recogidos mediante cruceros de investigación y modelización de ecosistemas de alta resolución, podremos evaluar cómo la distribución de los factores de estrés ambiental observados en el Módulo 1 modificará la productividad tanto del plancton como de los peces en futuros escenarios de cambio climático.
El módulo 4 se divide en dos partes:
- Evaluación de la comunidad y distribución del plancton
- Modelización de ecosistemas mediante modelos VAST, EwE Ecopath + Ecosim
Evaluación de la distribución de la comunidad de plancton
El plancton constituye la base de las redes tróficas marinas esenciales. Por lo tanto, para comprender plenamente los efectos de estos factores de estrés ambiental provocados por el cambio climático, debemos evaluar cómo varía la distribución de las especies planctónicas en el sur de Florida y cómo responden a estas condiciones extremas.
Mediante experimentos de campo y estudios realizados en cruceros a lo largo de la plataforma del suroeste de Florida y los Cayos de Florida, estamos identificando cómo varían las especies planctónicas en toda la zona de estudio y examinando la dinámica trófica en juego.
Qué estamos evaluando:
- La distribución espacial, la estructura de tamaños y la abundancia de especies planctónicas clave, en relación con la presencia e intensidad de los cinco factores de estrés clave en cada estación.
- Medición de parámetros clave, incluidas observaciones del paisaje marino, el fondo vivo, los arrecifes, la temperatura del agua y la salinidad en cada estación para comprender la dinámica trófica:
Modelización de ecosistemas
Todos los ecosistemas están interconectados. Estos modelos captan esa complejidad.
La gran cantidad de datos y las principales conclusiones de cada módulo culminarán en la elaboración de modelos de ecosistemas dinámicos y de gran complejidad que desempeñarán un papel fundamental en las estrategias esenciales de gestión y conservación a medida que se intensifiquen los factores de estrés ambiental y el cambio climático.
Modelo vectorial autorregresivo espaciotemporal (VAST)
Con el modelado VAST, podemos estimar las densidades de población de múltiples especies de peces objetivo a través de diferentes hábitats, regiones y tiempo. Al investigar la distribución de los factores de estrés ambiental en el sur de Florida (Módulo 1), estamos modelando cómo fluctúan las poblaciones de especies específicas a lo largo de las estaciones y los años y prevemos cómo cambiará esta fluctuación natural en diferentes escenarios climáticos. Las especies objetivo son el pargo y el mero, con estimaciones de población basadas inicialmente en datos de capturas y abundancia.
Entradas:
- Distribución general de los factores de estrés ambiental en el sur de Florida, identificados en Módulo 1
- Observaciones del paisaje marino durante los estudios de crucero del módulo 4
Salidas:
- Especies objetivo de pargo y mero basadas en datos de capturas/abundancia
- Capacidad de prever el impacto de los factores de estrés sobre las poblaciones de las especies de peces objetivo en múltiples escenarios climáticos.
Ecopath con modelización Ecosim (EwE)
Ecopath con Modelización Ecosim (EwE) nos permite ver los impactos de los factores de estrés ambiental bajo el cambio climático en las redes alimentarias, las poblaciones de especies y las pesquerías que componen los ecosistemas marinos cruciales en todo el sur de Florida.
Elaboramos un modelo estático y equilibrado del ecosistema objetivo a partir de los datos e investigaciones recogidos en cada módulo.
ECOPATH
Cuando se elabora una simulación dinámica en el tiempo para evaluar el impacto de los factores de estrés en un ecosistema.
ECOSIM
el complejo modelo final transmite los impactos espaciales y temporales de los factores de estrés en un ecosistema. La complejidad de Ecospace permite a los científicos observar el impacto del establecimiento de áreas protegidas y otras estrategias de conservación, mejorando nuestra capacidad para identificar las estrategias más eficaces para proteger el medio natural a raíz del cambio climático utilizando una gestión basada en los ecosistemas.
ECOSPACE
Publicaciones
La química del carbonato de los arrecifes de coral revela los impactos interanuales, estacionales y espaciales de la acidificación oceánica frente a Florida
class="has-small-font-size">A. M. Palacio-Castro, I. C. Enochs, et al.
La acidificación de los océanos (AO) amenaza la persistencia de los arrecifes de coral al disminuir la calcificación y acelerar la disolución de las estructuras arrecifales. La química del carbonato de las zonas costeras donde existen muchos arrecifes está muy influida por la actividad metabólica de la comunidad bentónica subyacente, lo que contribuye a una gran variabilidad espaciotemporal. Aunque la caracterización de esta variabilidad es difícil, tiene importantes implicaciones para la progresión de la OA y la persistencia de los ecosistemas. Aquí, hemos caracterizado la química del carbonato en 38 estaciones permanentes situadas a lo largo de 10 transectos costeros y marinos que abarcan 250 km del arrecife de coral de Florida (FCR), que abarcan cuatro regiones biogeográficas principales (Bahía de Biscayne, Cayos Superiores, Cayos Medios y Cayos Inferiores) y cuatro zonas de la plataforma (costera, canal medio, mar adentro y oceánica). Los datos se han recogido desde 2010, con una periodicidad aproximadamente bimensual a partir de 2015. El aumento de la OA, impulsado por el aumento del DIC, se detectó en las zonas del canal medio, de alta mar y oceánicas en todas las regiones biogeográficas. En la zona costera, sin embargo, el aumento de la TA contrarrestó cualquier tendencia medible de OA. En las zonas costeras se produjo una fuerte variabilidad estacional que incluyó periodos de OA exacerbado y mitigado. La estacionalidad dependió de la región, con una mayor variabilidad en los cayos bajo y medio. Se observaron elevados estados de pH y saturación de aragonito (ΩAr) en los Cayos Alto y Medio, lo que podría favorecer la persistencia del hábitat arrecifal en estas regiones. Los arrecifes costeros de la FCR podrían ser más susceptibles al OA global al experimentar condiciones químicas del agua similares a las del océano abierto. Por el contrario, la mayor variabilidad estacional de los arrecifes costeros podría ofrecer un refugio temporal frente al OA durante los periodos de mayor producción primaria.
Puntos de contacto por módulo
Módulo 1:
Ian Enochs, Doctor en Filosofía
Exteriores:
Yida Gao, Ph.D. - Investigadora Científica Fish and Wildlife Research Institute
Kate Hubbard, Ph.D. - Investigadora Científica, Instituto de Investigación de Pesca y Vida Silvestre
Eric Mulbach - Científico Biológico, Instituto de Investigación de Pesca y Vida Silvestre
Digna Rueda Roa, Doctora - Científica, Universidad del Sur de Florida
Frank Muller-Karger, Doctor - Profesor, Universidad del Sur de Florida
Dan Otis, Doctor - Investigador científico, Universidad del Sur de Florida
Módulo 2:
Equipo de Taxones Bentónicos - Laboratorio Experimental de Arrecifes
Ian Enochs, Doctor en Filosofía
Equipo de Fitoplancton (HABs) Punto de Contacto - Externo
Nicole Millette, Doctora - Profesora adjunta, Instituto de Ciencias Marinas de Virginia
Kate Hubbard, Ph.D. - Investigadora Científica, Instituto de Investigación de Pesca y Vida Silvestre
Heather Corson - Especialista de laboratorio II, Instituto de Ciencias Marinas de Virginia
Módulo 4:
Equipo de evaluación de la comunidad de plancton:
Exteriores:
Nicole Millette, Doctora - Profesora adjunta, Instituto de Ciencias Marinas de Virginia
Kate Hubbard, Ph.D. - Investigadora Científica, Instituto de Investigación de Pesca y Vida Silvestre
Equipo de Modelización de Ecosistemas:
Exteriores:
Holden Harris, Ph.D. - Científico adjunto, NOAA Southeast Fisheries Science Center
Fuentes de financiación y socios
Este proyecto está financiado por Programa de Investigación Competitiva de los Centros Nacionales para las Ciencias Oceánicas Costeras de la NOAA, Oficina del Programa Climático, Programa de Acidificación Oceánicay el Sistema Integrado de Observación de los Océanos de Estados Unidosen colaboración con la Oficina de Santuarios Marinos Nacionales a través del Anuncio de Oportunidad de Financiación Federal "Comprensión de los impactos de múltiples factores de estrés en los ecosistemas marinos bajo el cambio climático."
