Assessment of space-time variations and restoration of marine forests for the purposes of biodiversity conservation and climate change mitigation [Valutazione delle variazioni spazio-temporali e ripristino delle foreste marine per la conservazione della biodiversità e la mitigazione dei cambiamenti climatici]

In the Mediterranean Sea, the main habitat-forming species are macroalgae of the order Fucales Bory belonging to the Cystoseira sensu lato (s.l.) complex. These species dominate rocky substrates, from the upper infralittoral to the upper circalittoral zone, forming three-dimensional assemblages that provide microhabitats and niches supporting a high animal and plant biodiversity and related trophic relations; they also represent a source of oxygen and organic matter and are responsible for biogeochemical nutrient cycles and carbon storage. Unfortunately, in recent years, due to several human activities and particularly due to rising global temperatures, there has been a dramatic decline in these communities and, in some cases, local extinction of these species has also occurred. Recently, restoration actions have evidenced the possibility of protecting and preserving these important macroalgal assemblages. Therefore, this work aimed to understand how species of the complex Cystoseira s.l. respond to changes in temperature and if these species can potentially be employed for climate change mitigation actions. This is necessary to select the most suitable species for future restoration efforts, aimed at protecting marine environments and the biodiversity associated with these marine forests, contributing also to climate change mitigation. To achieve this goal, some biochemical analyses, both on thalli collected directly in the wild and unstressed in the laboratory, and on thalli subjected to thermal stress in acclimation chambers, of three species belonging to Cystoseira s.l. complex, were carried out. The selected species were: I) Ericaria amentacea (C.Agardh) Molinari & Guiry, a shallow-water species that is very sensitive to environmental variations and has its maximum vegetative and reproductive development in spring/summer; II) Ericaria giacconei Serio & G. Furnari, a shallow water species that reaches its maximum vegetative and reproductive development in winter; III); Ericaria zosteroides (C.Agardh) Molinari & Guiry, a species that lives in deeper environments and has its period of maximum vegetative and reproductive development from March to June. Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared (ATR-FTIR) analyses, total amino acid analyses, pigments analyses, measurements of the percentage accumulation of dry weight (DW) of organic carbon (%Corg) and nitrogen (%N), and the immediate response to thermal stress by detecting the total phenolic content (TPC), were the biochemical analyses carried out on the three target species. The results showed that E. zosteroides is the most suitable species for activities with the abovementioned objectives. This species can survive without any particular problems even at high temperatures without significantly affecting the biochemical compounds examined and showing an ability to store carbon in tophules, thus translating into the possibility of storing it on a long-term scale by removing it from the surrounding environment, also contributing, in this way, to climate change mitigation actions.

Nel Mar Mediterraneo, le principali specie che formano habitat sono macroalghe dell’ordine Fucales Bory appartenenti al complex Cystoseira sensu lato (s.l.). Queste specie dominano i substrati rocciosi, dall'infralitorale superiore al circalitorale superiore, formando assemblaggi tridimensionali che forniscono microhabitat e nicchie a sostegno di un’elevata biodiversità animale e vegetale e delle relative relazioni trofiche. Rappresentano anche una fonte di ossigeno e materia organica, e sono responsabili dei cicli biogeochimici dei nutrienti e dello stoccaggio del carbonio. Purtroppo, negli ultimi anni, a causa di diverse attività umane e in particolare dell’aumento delle temperature globali, si è verificato un drastico declino di queste comunità e, in alcuni casi, l’estinzione locale di queste specie. Recentemente, azioni di restauro hanno evidenziato la possibilità di proteggere e preservare questi importanti assemblaggi di macroalghe. Pertanto, questo lavoro ha avuto l’obiettivo di comprendere come le specie del complex Cystoseira s.l. rispondano ai cambiamenti di temperatura e se queste specie possano essere potenzialmente impiegate per azioni di mitigazione dei cambiamenti climatici. Ciò è necessario per selezionare le specie più idonee per futuri sforzi di restauro, mirati a proteggere gli ambienti marini e la biodiversità associata a queste foreste marine, contribuendo anche alla mitigazione dei cambiamenti climatici. Per raggiungere questo obiettivo, sono state condotte alcune analisi biochimiche su talli raccolti direttamente in natura e non sottoposti a stress in laboratorio, oltre che su talli sottoposti a stress termico in camere di acclimatazione, di tre specie appartenenti al complesso Cystoseira s.l.. Le specie selezionate sono state: I) Ericaria amentacea (C.Agardh) Molinari & Guiry, una specie di acque poco profonde, molto sensibile alle variazioni ambientali e che raggiunge il massimo sviluppo vegetativo e riproduttivo in primavera/estate; II) Ericaria giacconei Serio & G. Furnari, una specie di acque poco profonde che raggiunge il massimo sviluppo vegetativo e riproduttivo in inverno; III) Ericaria zosteroides (C.Agardh) Molinari & Guiry, una specie che vive in ambienti più profondi e ha il periodo di massimo sviluppo vegetativo e riproduttivo da marzo a giugno. Le analisi biochimiche condotte sulle tre specie target hanno incluso: analisi tramite spettroscopia ATR-FTIR (Attenuated Total Reflection Fourier Transform Infrared), analisi del contenuto totale di aminoacidi, analisi dei pigmenti, misurazione della percentuale di accumulo in peso secco (DW) di carbonio organico (%Corg) e azoto (%N), e la risposta immediata allo stress termico tramite rilevazione del contenuto fenolico totale (TPC). I risultati hanno mostrato che E. zosteroides è la specie più idonea per le attività con gli obiettivi sopra menzionati. Questa specie può sopravvivere senza particolari problemi anche a temperature elevate, senza influire significativamente sui composti biochimici analizzati, e dimostrando una capacità di immagazzinare carbonio nei tofuli. Questo si traduce nella possibilità di conservarlo su scala a lungo termine, rimuovendolo dall'ambiente circostante e contribuendo, in questo modo, anche alle azioni di mitigazione dei cambiamenti climatici.