Understanding resilience through biodiversity: developing systemic tools for marine conservation in temperate rocky reefs

Abstract

The degradation of natural diversity results in the erosion of key systemic properties such as resilience, or the capacity to recover from disturbances. Resilience loss leads to an increase in the fragility and vulnerability of natural communities, fearfully approaching, if not surpassing, the tipping point that turns them into degraded communities with fewer ecosystem services. A potential pathway to avoid the continuous decline of resilience is to generate biodiversity- inclusive resilience metrics that can be broadly applied, monitored, and taken into consideration before conservation decision making. It is hard to manage what cannot be measured. This thesis contributed to our understanding of the resilience of marine temperate rocky reefs, integrating biodiversity metrics with environmental variables and management actions. To do so, this thesis put forward multiple community metrics that allowed a global and integrative vision of the actual situation of the temperate rocky reefs of the Iberian Peninsula, the Spanish territories in Northern Africa, the Balearic Islands, and the Canary Islands. In particular, the thesis investigated the impact of artificial substrates on diversity, quantified the resistance of marine communities to recover a more pristine stage, analyzed the efficiency of marine protection on fish communities, and developed a new integrative tool that allowed the quantification of marine resilience by harmonizing numerous biological, environmental, and management factors that regulate the resilience of temperate marine systems. The results obtained in this thesis showed the negative impact of artificial substrates on diversity, mainly in sessile organisms or species with reduced mobility. This thesis provided evidence that unprotected marine areas were more resistant than partially protected areas to recover their diversity. Furthermore, marine protection had greater benefits on the biomass than on the diversity of the marine fish community. This thesis also laid the foundations to quantify resilience and to detect priority areas to preserve, reflecting the importance of adequate marine management.

This thesis is, therefore, a compendium of studies that reflects my commitment to advance our understanding of marine biodiversity. The research carried out in this thesis evaluated the current status of our littoral rocky reefs and promoted its conservation using emerging ecological concepts with strong implications for management. In particular, my thesis set the basis for an improved understanding of the resilience of temperate rocky reefs providing widely-spread, georeferenced empirical estimates of resilience, a particularly elusive topic in the scientific literature to date. Overall, this thesis actively sought to promote a healthier, more diverse marine environment through the study of biodiversity-based resilience and its potential to improve management.

La acentuada degradación que están sufriendo los ecosistemas naturales promueve la erosión de propiedades comunitarias vitales como la resiliencia, o la capacidad de recuperación. La pérdida de resiliencia conlleva un aumento de la fragilidad y vulnerabilidad de las comunidades naturales, haciendo que estas comunidades naturales se aproximen temerosamente al punto de inflexión que las conduce a convertirse en comunidades degradadas, disminuyendo los servicios ecosistémicos proporcionados. Una potencial vía para evitar la continua degradación de resiliencia es estudiar esta métrica a través de la diversidad biológica, de tal forma que se puedan aplicar, supervisar y, considerar esta información antes de la toma de decisiones en conservación. Es difícil gestionar lo que no se puede medir. La presente tesis contribuye a conocer el estado de la diversidad y resiliencia marina en diferentes contextos de los arrecifes rocosos templados marinos. Para ello, la tesis elaboró métricas comunitarias que permitieron crear una visión global e integradora de la situación real de los arrecifes rocosos de la Península Ibérica, archipiélago Canario y Balear y, el norte de África. En concreto, la tesis investigó el impacto que tienen los substratos artificiales sobre la diversidad, cuantificó la resistencia de las comunidades marinas a recuperar un estado más prístino, estudió la eficiencia que tienen las figuras de protección sobre la comunidad de peces marinos. Y, desarrolló una nueva herramienta integradora que permitió cuantificar la resiliencia marina mediante la armonización de numerosos factores biológicos, ambientales y de gestión que regulan la resiliencia de los sistemas marinos de las zonas templadas. Los resultados obtenidos en la tesis ponen de manifiesto el impacto negativo que tienen los substratos artificiales en la diversidad de los organismos marinos, principalmente en la comunidad sésil o con movilidad reducida. La tesis aportó pruebas de que las zonas marinas no protegidas son más resistentes que las zonas parcialmente protegidas para recuperar su diversidad. También se ha reflejado que la protección marina presenta mayores beneficios

en la biomasa que en la diversidad de la comunidad de peces marinos. Y por último, esta tesis siesta las bases para cuantificación de la resiliencia y detección de zonas prioritarias a conservar, lo que refleja la importancia de una ordenación marina adecuada. Por todo ello, esta tesis es un compendio de estudios que reflejan mi compromiso de avanzar en nuestra comprensión de la biodiversidad marina, evaluar el estado actual de nuestros arrecifes rocosos templados y promover su conservación utilizando conceptos ecológicos emergentes con fuertes implicaciones para la ordenación. En particular, mi tesis ha sentado las bases para una mejor comprensión de la capacidad de recuperación de los arrecifes rocosos de las zonas templadas, proporcionando estimaciones empíricas de resiliencia georreferenciadas y sobre una gran área geográfica, un tema particularmente elusivo en la literatura científica hasta la fecha. En definitiva, esta tesis promueve activamente un medio ambiente marino más saludable y más diverso mediante el estudio de la resiliencia basado en la biodiversidad y su potencial para mejorar la gestión.