Anomalias térmicas e denso-dependência como fatores determinantes da dinâmica populacional do caranguejo-aratu, Grapsus grapsus, nas ilhas oceânicas brasileiras

Abstract

Nas últimas décadas, ondas de calor marinhas (OCMs) e anomalias positivas da temperatura superficial do mar (TSM), tornaram-se mais frequentes e intensas, causando declínios populacionais nos ecossistemas marinhos. Enquanto a temperatura do oceano atua como um filtro no efeito ?gargalo? da sobrevivência dos estágios iniciais de crustáceos decápodes, a competição denso-dependente pode afetar o tamanho e a fecundidade nos adultos, impactando o recrutamento e a dinâmica populacional. Estudos sobre os efeitos da temperatura na fisiologia de invertebrados marinhos sugerem que espécies tropicais, que vivem próximo ao seu limite termal, são mais vulneráveis às mudanças climáticas do que seus análogos de ambientes mais frios. Neste trabalho, buscamos compreender os efeitos de anomalias térmicas do oceano e da denso-dependência na dinâmica populacional do caranguejo-aratu Grapsus grapsus em ilhas oceânicas brasileiras, localizadas em diferentes latitudes. Dados de contagem e captura-recaptura de curto prazo (2019), de fecundidade e de monitoramento populacional de longo prazo (2003-2019), coletados no Arquipélago de São Pedro e São Paulo (SPSP), Atol das Rocas (RA) e Ilha da Trindade (TRI), foram analisados usando um ?Integrated population model?. O modelo que desenvolvemos integra quatro sub-modelos: 1) um ?dynamic N-mixture model?; 2) um modelo Jolly-Seber de desenho robusto; 3) um modelo Log-Linear de Poisson; e 4) um ?state-space model? que vincula o processo demográfico de curto prazo com a dinâmica populacional de longo prazo. Nossas hipóteses são que: a) os efeitos de OCMs e anomalias positivas da TSM no recrutamento são mais intensos em SPSP e RA (ilhas equatoriais) do que em TRI, localizada no Giro Subtropical do Atlântico Sul; e b) o recrutamento é afetado positivamente pelo tamanho do corpo e negativamente pela abundância de adultos. Apesar das tendências semelhantes de aumento de OCMs e anomalias da TSM em SPSP e RA, a população abundante de SPSP foi fortemente afetada, enquanto a população de RA, pouco abundante, não foi afetada por nenhuma variável. Em TRI, a frequência de anomalias positivas teve efeito negativo no recrutamento, porém nenhuma tendência foi observada para a variável. Além disso, observamos uma relação positiva do recrutamento com o tamanho corporal, e negativa com a abundância. Portanto, este estudo sugere que tanto processos denso-independentes quanto denso-dependentes atuam como agentes na dinâmica populacional do caranguejo-aratu nas ilhas oceânicas. Em um cenário de aumento da temperatura do oceano e de eventos extremos, compreender os fatores determinantes da dinâmica populacional é essencial para avaliar a vulnerabilidade climática de espécies marinhas com larga distribuição latitudinal. Efeitos aditivos ou sinérgicos entre adaptações às condições oceanográficas regionais e pressões denso-dependentes podem determinar a vulnerabilidade climática de cada população.

Abstract: In the last decades, marine heatwaves (MHWs) and positive sea surface temperature anomalies (?SST) have become more frequent and intense, causing population declines in marine ecosystems. While ocean temperature acts as a filter in the survival bottleneck of early life stages of decapod crustaceans, density-dependent competition can lead to smaller adults and thus reduced fecundity, affecting recruitment and population dynamics. Studies regarding the effects of temperature on the physiology of marine invertebrates suggest that tropical species that live near their thermal limit, are more vulnerable to climate change than their counterparts from colder regions. Here, we aim to understand the effects of ocean temperature anomalies and density-dependence on the population dynamics of the intertidal Sally lightfoot crab Grapsus grapsus, at three Brazilian oceanic islands, located in different latitudes. We jointly analysed short-term (2019) count and capture-recapture data, fecundity and long-term (2003-2019) population monitoring data collected at the St Peter and St Paul Arch. (SPSP), Rocas Atoll (RA) and Trindade Island (TRI), using an 'Integrated population model'. We developed a model consisting of four sub-models: 1) a Dynamic N-mixture model; 2) a robust design Jolly-Seber model; 3) a Poisson log-linear model; and 4) a state-space model that links short-term demographic process with long-term population dynamics. Our hypotheses are that: a) the effects of MHWs and positive ?SST on recruitment are stronger at SPSP and RA (equatorial islands) than at TRI, located in the South Atlantic Subtropical Gyre; and b) recruitment is positively affected by body size and negatively by adult abundance. Despite similar increasing trends in MHWs and ?SST at SPSP and RA, the abundant SPSP population was strongly affected by the frequencies and intensity of MHWs and ?SST, while the low abundant RA population was not affected by any variable. In TRI, the frequency of ?SST negatively affected recruitment, even though no trend was observed. Moreover, we found a positive relationship of recruitment with body size, and negative with abundance. Therefore, this study suggests that both density-independent and density-dependent processes act as drivers of the population dynamics of the Sally lightfoot crab at the oceanic islands. Under a scenario of increasing ocean temperatures and extreme events, understanding the drivers of population dynamics is needed to assess the climate vulnerability of marine species with large latitudinal distribution. Additive or synergistic effects between adaptations to regional oceanographic conditions and density-dependent pressures may determine the climate vulnerability of each population.