Recovery and restoration of marine endangered habitats

Marine biodiversity regulates ecosystem functions, which are responsible for the production of goods and services for the biosphere and human well-being. Global changes and human activities are altering ocean biodiversity and ecosystem functioning. At present, stemming from the awareness that conservation and management are often not enough to halt and revert the degradation of threatened ecosystems, it has been recognized that active restoration is crucial to cope with this issue. More knowledge is needed to make restoration actions effective, especially for the largely unknown deep ocean. Two of the main activities that will alter marine habitats are ore exploitation and bottom trawling that, resuspending polymetallic and sediment particles, will affect benthic species. In this thesis, the habitat-forming species Corallium rubrum was exposed to these types of particles. After the removal of the disturbance, its feeding rates and tissue integrity partially recovered. This experiment provides new insights on the consequences of these activities as well as on potential mitigation strategies by properly modulating their intensity and duration. Rearing endangered corals in aquaria can be useful for future projects that aim to restore degraded reefs by transplanting healthy colonies. An appropriate diet may positively impinge on their growth or reproduction success. In this perspective, I studied the food selection of cold-water corals (Desmophyllum pertusum, Madrepora oculata and Dendrophyllia cornigera) was studied and these species showed a preference for the crustacean Mysis relicta. Stable isotope analyses provided also novel information on the trophic niches occupied by these coral species in the Mediterranean Sea. After expanding the knowledge on the habitat or the species to be restored, it is necessary to evaluate the effectiveness of the restoration actions that it might be applied. In this thesis, the effects of two pilot transplantation experiments of the seagrass Cymodocea nodosa and the gorgonian Eunicella singularis on ecosystem functioning of surrounding sediments have been studied. The results showed that transplantation can be effective and that it can have also positive effects on key-ecological processes. However, further studies are needed to assess the potential of scaling-up these actions addressing the present scale of species/habitat loss. This work provides new elements for a better understanding of the potential ecological benefits that can contribute to the conservation of the natural capital.

La biodiversità marina regola il funzionamento ecosistemico, responsabile della produzione di beni e servizi importanti per la biosfera ed il benessere umano. I cambiamenti climatici globali e le attività umane stanno alterando la biodiversità degli oceani ed il funzionamento ecosistemico. Al momento, partendo dalla consapevolezza che le sole misure di conservazione non sono sufficienti a invertire la degradazione degli ecosistemi, è riconosciuto che il restauro ambientale è una azione di cruciale importanza per far fronte a questa minaccia. Tuttavia, è necessaria una maggiore conoscenza scientifica per rendere efficaci azioni di restauro, specialmente negli ambienti profondi che sono largamente sconosciuti. Tra le maggiori attività che avranno impatti sugli habitat marini vi sono lo sfruttamento di risorse minerarie e la pesca a strascico, le quali, risospendendo particelle polimetalliche e sedimenti, avranno effetti principalmente sulle specie bentoniche. In questa tesi, il Corallium rubrum, specie strutturante di elevata valenza ecologica, è stato esposto a questi due tipi di particolato. Dopo la rimozione della fonte di impatto, questo organismo è in grado di recuperare parzialmente tassi di alimentazione e la sua integrità tissutale. Questo esperimento fornisce utili informazioni non solo per meglio comprendere gli effetti di tali attività su organismi bentonici, ma anche per definire possibili misure di mitigazione attraverso una modulazione appropriata della loro intensità e durata. Allevare in acquario specie di corallo minacciate potrà essere utile per futuri progetti di restauro che prevedono il trapianto di colonie donatrici. Una dieta appropriata da somministrare durante l’allevamento può avere effetti benefici sulla loro crescita ed il loro successo riproduttivo. In questa tesi, è stata studiata la selezione di cibo da parte di alcuni coralli profondi (Desmophyllum pertusum, Madrepora oculata and Dendrophyllia cornigera), i quali hanno mostrato una preferenza per il crostaceo Mysis relicta. I risultati ottenuti dalle analisi condotte sugli isotopi stabili hanno inoltre fornito nuove informazioni sulle nicchie trofiche occupate nel Mar Mediterraneo da queste specie. Una volta ampliate le conoscenze sugli habitat e le specie da restaurare, è necessario valutare l’efficacia delle procedure di rispristino che si vogliono applicare. In questa tesi, sono stati studiati gli effetti di due esperimenti pilota di trapianto della fanerogama Cymodocea nodosa e della gorgonia Eunicella singularis su attributi di funzionamento ecosistemico. I risultati ottenuti indicano che il trapianto di tali organismi, se opportunamente pianificato, non solo garantisce la loro sopravvivenza, ma può anche avere effetti positivi su processi ecosistemici chiave. Tuttavia, sono necessari ulteriori studi per valutare la possibile estensione di queste azioni per affrontare l'attuale scala spaziale di perdita di specie/habitat. Questo lavoro fornisce nuovi elementi per la comprensione dei potenziali benefici ecologici derivanti dal restauro ambientale e delle sue ricadute per la conservazione del capitale naturale.