Spatio-temporal processes explaining salp aggregations in the Catalan Sea, Northwestern Mediterranean

Abstract

Salps are marine pelagic tunicates that have evolved opportunistic skills to bloom under favorable conditions and persist during adverse periods. They experience population outbursts (blooms) which, combined with their efficient feeding mechanism, produce several ecological and societal consequences. Although salp blooms are common in the Catalan Sea during spring and autumn, their causes and effects on the ecosystem have never been studied in this area before. The general aim of the present thesis is to understand the spatial and temporal processes leading to salp blooms and estimate their trophic impact in the Catalan Sea, northwestern Mediterranean Sea. For this purpose, mechanistic (matrix models) and statistical models (GAMs) combined with in situ observations allowed us to propose the simplest mechanisms to account for bloom development. In contrast to previous hypotheses, we found that changes in female reproduction drive the population to latency under unfavorable conditions and trigger the bloom when conditions improve (Chapter 1). From a spatial scale, hydrodynamic factors mainly drove high local salp abundances, although biological variables (predator abundance) had secondary importance (Chapter 2). We observed the coexistence of contrasting diel vertical migration (DVM) patterns in a salp (nocturnal and diurnal migrations), which explains controversial conclusions in previous studies, but brings new questions about the drivers of DVM in salps (Chapter 3). The two species found produced contrasting trophic impacts: Thalia democratica was less abundant and its effect on the ecosystem seemed to be negligible while, Salpa fusiformis ingested a maximum of 69.92 mg C m-2 day-1 and defecated 35.76 mg C m-2 day-1, contributing to the transport of organic matter to the deep ocean (Chapter 2). Our findings contribute to general knowledge in salp ecology. They lead us to consider evolutionary demographic studies to understand the potential benefits of their life cycle as an adaptation to environmental change and the mechanisms which maintain genetic variability after bloom-latency periods.

Les salpes són tunicats pelàgics marins que han desenvolupat característiques oportunistes per a proliferar quan les condicions són favorables i mantenir-la en períodes adversos. Les altes abundàncies assolides durant un bloom, en combinació amb els seus mecanismes d’alimentació altament eficients, tenen un efecte notable pels ecosistemes així com per a la societat. Tot i que els blooms de salpes són comuns a la costa catalana durant primavera i tardor, les seves causes i el seu paper en l’ecosistema no s’han estudiat mai al mar Català. L’objectiu general de la present tesi és entendre els processos espacials i temporals que condueixen a formar les agregacions de salpes i estimar el seu paper en el mar Català, nord-oest del Mediterrani. Per assolir aquesta fita, s’han combinat models mecanístics (models matricials) i estadístics (GAMs) amb observacions in situ que ens han permès proposar els mecanismes més simples que expliquen el desenvolupament d’un bloom. Hem vist que canvis en la reproducció de les femelles serien els responsables del fre del creixement poblacional durant el període de latència i el detonador del bloom quan les condicions es tornen favorables (Capítol 1). Des d’un punt de vista espacial, l’abundància local de salpes està influenciada principalment per factors físics tot i que les variables biològiques juguen un paper secundari (Capítol 2). Per primer cop s’ha observat la coexistència de patrons diferents de migració vertical diürna (DVM) en una salpa (migració diürna i nocturna en Salpa fusiformis), la qual cosa explica les conclusions contradictòries d’estudis anteriors, però obre noves preguntes sobre els mecanismes de la DVM en salpes. Les dues especies presents en l’estudi produïren impactes tròfics molt diferents: l’impacte de Thalia democratica, va ser quasi negligible degut a la seva baixa abundància mentre que S. fusiformis va ingerir un màxim de 69.92 mgC m-2 dia-1 i defecar 35.76 mgC m-2 dia-1, incrementant considerablement el flux de matèria orgànica cap a l’oceà profund (Capítol 2). Els resultats d’aquesta tesi contribueixen a l’ecologia general de les salpes i ens han portat a la necessitat de plantejar estudis de demografia evolutiva per entendre l’efecte del seu cicle de vida en l’adaptació de la població a canvis ambientals i en el manteniment de la variabilitat genètica entre períodes de latència-bloom.