Modelling distribution and movement patterns of sea turtles focusing on the potential climate change impacts

Abstract

Predicting the effect of climate change and species responses represents a challenging task. Sea turtles, as ectothermic, migratory species, represent excellent model organisms to investigate species vulnerability, under changing climatic conditions. The aim of the dissertation was to assess climate change impacts on sea turtles, along with their adaptive potential, considering different stages of their life cycle. First, it was estimated the climatic niche conservatism among distinct populations (termed Regional Management Units; RMUs) of five globally distributed sea turtle species. Analysis was performed in order to determine the appropriate scale for conducting assessments of sea turtles adaptive capacity, under climate change. The results provided evidence of limited overlap among RMUs across the globe. Higher climatic niche similarity was detected between populations of different species at a regional scale, highlighting the adaptive potential of sea turtles to local climatic conditions. These findings revealed that assessments of their adaptive capacity against climate change should be conducted at the regional scale. Next, the climatic suitability of nesting habitat for loggerhead sea turtles was examined under current and future conditions, at the Mediterranean region (i.e. a distinct RMU). By utilising information generated by climatic niche models, a suitability indicator was developed, reflected the base-line climatic conditions required for regular nesting. It was further explored whether an earlier onset of nesting could serve towards maintaining future nesting suitability. The results demonstrated that stable nesting sites will remain climatically viable in future. Projecting a shift on the onset of nesting resulted in a higher number of nesting sites that could reach suitability indicator. These findings provided an optimistic view for sea turtle conservation, highlighting the significance of phenology for maintaining suitability during the nesting season. As a next step, it was investigated whether phenological shifts could ensure the maintenance of climatic conditions during incubation, in the Mediterranean region. It was examined whether an earlier nesting could allow to maintain any balance between the projected temperature and precipitation, safeguarding hatchling production. The results demonstrated that in the Mediterranean region, hatchling production is affected by temperature variations rather than changes in precipitation levels. Therefore, even though phenological changes might be less adequate to cope with precipitation differentiations, the results provided encouraging messages for the efficiency of sea turtle adaptive capacity. Finally, focus was given on the climatic conditions of the post-nesting migration corridors used by the Mediterranean loggerheads. It was further investigated whether phenological shifts, could contribute to the persistence of climatic conditions experienced along the migration, at the current levels. The results demonstrated that sea turtles will face increasing temperatures during migration. Even if an earlier onset of migration takes place, the efficiency of this shift is questionable. Concluding, the present dissertation revealed that a better comprehension of the consequences of climate change at the different life-cycle stages represents a key challenge. The Mediterranean loggerheads are going to face climate change impacts at different life-cycle stages but exhibiting a certain degree of adaptive capacity could alleviate the impacts.

Η κλιματική αλλαγή αποτελεί βασική απειλή για τη βιοποικιλότητα. Οι θαλάσσιες χελώνες, ως ποικιλόθερμα, μεταναστευτικά είδη, αποτελούν ιδανικούς οργανισμούς για τη διερεύνηση της ευαισθησίας των ειδών στις μεταβαλλόμενες κλιματικές συνθήκες. Στόχος της παρούσας διατριβής ήταν η εκτίμηση των επιπτώσεων της κλιματικής αλλαγής στις θαλάσσιες χελώνες, καθώς και η αξιολόγηση της προσαρμοστικής τους ικανότητας, λαμβάνοντας υπόψη διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής. Αρχικά, διερευνήθηκε το επίπεδο της συντηρητικότητας της οικοθέσης ως προς την κλιματική της διάσταση, μεταξύ διακριτών πληθυσμών των θαλάσσιων χελωνών (που απαρτίζουν διαφορετικές Περιφερειακές Διαχειριστικές Μονάδες-Πε.Δια.Μον.) σε παγκόσμιο επίπεδο. Η γνώση αυτή αξιοποιήθηκε για τον προσδιορισμό της κατάλληλης κλίμακας για τη μελέτη της προσαρμοστικής ικανότητας των θαλάσσιων χελωνών στην κλιματική αλλαγή. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν περιορισμένη ομοιότητα ως προς την κλιματική διάσταση της οικοθέσης μεταξύ πληθυσμών του ίδιου είδους σε παγκόσμια κλίμακα. Αντίθετα, διαπιστώθηκε μεγαλύτερη ομοιότητα της οικοθέσης, ως προς την κλιματική της διάσταση, μεταξύ πληθυσμών διαφορετικών ειδών εντός της ίδιας ωκεάνιας λεκάνης, γεγονός που μπορεί να υποδηλώνει προσαρμογή σε τοπικές συνθήκες. Τα παραπάνω ευρήματα ανέδειξαν ως κατάλληλη χωρική κλίμακα για την εκτίμηση της προσαρμοστικής ικανότητας των θαλάσσιων χελωνών, τις Πε.Δια.Μον.. Στη συνέχεια, αναπτύχθηκε ένας δείκτης κλιματικής καταλληλότητας των περιοχών ωοτοκίας, ο οποίος επέτρεψε την εκτίμηση της αποτελεσματικότητας παρατηρούμενων αποκρίσεων της Caretta caretta στην κλιματική αλλαγή, στη Μεσόγειο. Τα αποτελέσματα ανέδειξαν ότι οι παραλίες με μεγάλους πληθυσμούς θα παραμείνουν κλιματικά κατάλληλες στο μέλλον. Ακόμη μεγαλύτερος αριθμός παραλιών ωοτοκίας βρέθηκε να είναι πάνω από τον κλιματικό δείκτη με μια πρώιμη έναρξη της περιόδου ωοτοκίας. Κατόπιν, διερευνήθηκε πιθανή μελλοντική υποβάθμιση του αναπαραγωγικού αποτελέσματος λόγω των μεταβαλλόμενων κλιματικών συνθηκών στις περιοχές ωοτοκίας της Μεσογείου και εξετάστηκε η επίδραση ενδεχόμενων αλλαγών στη φαινολογία. Τα αποτελέσματα έδειξαν ότι οι φαινολογικές μετατοπίσεις θα επιτρέψουν στα είδη να διατηρήσουν ένα θερμοκρασιακό παράθυρο αντίστοιχο με το σημερινό κατά την επώαση. Παρολ' αυτά, οι αλλαγές στη φαινολογία μπορεί να είναι λιγότερο αποτελεσματικές στο μετριασμό των διαφοροποιήσεων που προβλέπονται για τη βροχόπτωση. Η βροχόπτωση, ωστόσο, βρέθηκε να έχει περιορισμένο αντίκτυπο στην επιτυχία εκκόλαψης, υπονοώντας ότι οι θερμοκρασιακές μεταβολές παίζουν καθοριστικότερο ρόλο για τη διασφάλιση του αναπαραγωγικού αποτελέσματος στη Μεσόγειο. Τέλος, μελετήθηκαν οι κλιματικές συνθήκες στους μεταναστευτικούς διαδρόμους των θαλάσσιων χελωνών στη Μεσόγειο και διερευνήθηκαν τα πρότυπα μεταβολής στο μέλλον, συνυπολογίζοντας προσαρμοστικές αποκρίσεις που έχουν αναπτύξει οι οργανισμοί. Τα αποτελέσματα αποκάλυψαν ότι οι C. caretta θα αντιμετωπίσουν αυξανόμενες θερμοκρασίες κατά τη μετανάστευση. Ενδεχομένως οι φαινολογικές μετατοπίσεις να μη βοηθήσουν στη διατήρηση των συνθηκών στα σημερινά επίπεδα. Τα ευρήματα αυτά ανέδειξαν πιθανούς μελλοντικούς κινδύνους για τις θαλάσσιες χελώνες, λόγω της αύξησης της θερμοκρασίας κατά τη μετακίνησή τους, η οποία αποτελεί μια ενεργοβόρα διαδικασία. Συμπερασματικά, οι θαλάσσιες χελώνες C. caretta βρέθηκε να αντιμετωπίζουν τις επιπτώσεις της κλιματικής αλλαγής σε διαφορετικά στάδια του κύκλου ζωής τους. Ωστόσο, οι προσαρμοστικοί μηχανισμοί που αναπτύσσουν θα μπορούσαν να συμβάλλουν στο μετριασμό των επιπτώσεων σε κάποια από αυτά τα στάδια. Τα ευρήματα της παρούσας διατριβής υποδεικνύουν ότι η καλύτερη κατανόηση των συνεπειών της κλιματικής αλλαγής στα διάφορα στάδια του κύκλου ζωής των ειδών αποτελεί μια βασική πρόκληση για είδη που διαβιούν σε διαφορετικά ενδιαιτήματα.