Miriam Fernández

Navigating transformations in governance of Chilean marine coastal resources

Marine ecosystems are in decline. New transformational changes in governance are urgently required to cope with overfishing, pollution, global changes, and other drivers of degradation. Here we explore social, political, and ecological aspects of a transformation in governance of Chiles coastal marine resources, from 1980 to today. Critical elements in the initial preparatory phase of the transformation were (i) recognition of the depletion of resource stocks, (ii) scientific knowledge on the ecology and resilience of targeted species and their role in ecosystem dynamics, and (iii) demonstration-scale experimental trials, building on smaller-scale scientific experiments, which identified new management pathways. The trials improved cooperation among scientists and fishers, integrating knowledge and establishing trust. Political turbulence and resource stock collapse provided a window of opportunity that triggered the transformation, supported by new enabling legislation. Essential elements to navigate this transformation were the ability to network knowledge from the local level to influence the decision-making processes at the national level, and a preexisting social network of fishers that provided political leverage through a national confederation of artisanal fishing collectives. The resultant governance scheme includes a revolutionary national system of marine tenure that allocates user rights and responsibilities to fisher collectives. Although fine tuning is necessary to build resilience of this new regime, this transformation has improved the sustainability of the interconnected social–ecological system. Our analysis of how this transformation unfolded provides insights into how the Chilean system could be further developed and identifies generalized pathways for improved governance of marine resources around the world.

Diversity, dynamics and biogeography of Chilean benthic nearshore ecosystems: an overview and guidelines for conservation

A pesar de que Chile ha sido un pais pionero en estudios del efecto del impacto humano sobre la estructura comunitaria en ambientes marinos, y a pesar de la enorme importancia economica y social que el ambiente marino tiene para el pais, el desarrollo de programas de conservacion marina y de bases cientificas para la sustentabilidad no se han generado a la misma tasa a la que han explotado los recursos y se ha utilizado el ambiente costero para diversos fines. Aunque nosotros pensamos que el establecimiento de planes de conservacion a lo largo de la costa de Chile debe basarse en varios factores, los principios cientificos, biologicos y ecologicos deben guiar muchos de estos esfuerzos, y en este trabajo nosotros intentamos presentar una vision general del estado actual del conocimiento sobre la ecologia y la biogegrafia del sistema costero en Chile. En base a la informacion mas relevante existente, nuestros objetivos son: 1) identificar las caracteristicas biogeograficas y ecologicas del ecosistema costero y tambien vacios en informacion, 2) identificar las actividades humanas mas daninas que tengan impacto en la estructura y dinamica de estos sistemas, y 3) sugerir el uso de posibles indicadores para determinar la situacion de diferentes areas de la costa de Chile, y las necesidades de conservacion. Esta revision muestra, por un lado, areas geograficas con informacion critica deficitaria para planes futuros de manejo y conservacion marina , y por el otro lado, la disponibilidad de informacion de alta calidad para otras zonas geograficas del pais. Respecto de la informacion existente sobre taxonomia y patrones de distribucion de especies a gran escala, existen importantes vacios de informacion; no se esperan en el futuro grandes cambios en el numero total de especies. Existen pocos estudios sobre patrones de distribucion de especies a gran escala, y mas informacion es necesaria para identificar areas de alta diversidad de especies, especialmente para algunos taxa, como tambien para identificar areas que posean caracteristicas unicas en relacion a especies (endemicas, especies claves) y a procesos ecosistemicos (disturbios, surgencias). Para la mayoria de los invertebrados y macroalgas, las areas de alta diversidad de especies se encuentran en el sur de Chile. Nuevos estudios dirigidos a entender los factores que podrian generar patrones a macroescala son necesarios, como tambien informacion sobre oceanografia costera y disponibilidad de larvas. Esta informacion es clave para el diseno de una futura red de parques marinos. Por otro lado, la informacion disponible sobre estructuras comunitarias y funcionamiento ecosistemico, especialmente sobre el efecto del impacto humano, provienen de pocas regiones geograficas. Mas informacion sobre otras zonas geograficas es requerida, particularmente si se consideran las diferencias notables en temperatura, patrones de circulacion, heterogeneidad del habitat, y composicion de especies, como tambien el efecto de surgencia y de El Nino a lo largo de los mas de 4.000 km de costa de Chile. Finalmente, listamos las que consideramos son las actividades humanas mas daninas para el ambiente marino, e integramos esta informacion para sugerir posibles indicadores ambientales y necesidades basicas y sugerencias para conservacion marina in Chile

Territorial User Rights for Fisheries as Ancillary Instruments for Marine Coastal Conservation in Chile

Territorial user rights for fisheries have been advocated as a way to achieve sustainable resource management. However, few researchers have empirically assessed their potential as ancillary marine conservation instruments by comparing them to no-take marine protected areas. In kelp (Lessonia trabeculata) forests of central Chile, we compared species richness, density, and biomass of macroinvertebrates and reef fishes among territorial-user-right areas with low-level and high-level enforcement, no-take marine protected areas, and open-access areas in 42 100-m subtidal transects. We also assessed structural complexity of the kelp forest and substratum composition. Multivariate randomized permutation tests indicated macroinvertebrate and reef fish communities associated with the different access regimes differed significantly. Substratum composition and structural complexity of kelp forest did not differ among access regimes. Univariate analyses showed species richness, biomass, and density of macroinvertebrates and reef fishes were greater in highly enforced territorial-user-right areas and no-take marine protected areas than in open-access areas. Densities of macroinvertebrates and reef fishes of economic importance were not significantly different between highly enforced territorial-user-right and no-take marine protected areas. Densities of economically important macroinvertebrates in areas with low-level enforcement were significantly lower than those in areas with high-level enforcement and no-take marine protected areas but were significantly higher than in areas with open access. Territorial-user-right areas could be important ancillary conservation instruments if they are well enforced.

Physical-Chemical processes and Patterns of Diversity of the chilean eastern boundary pelagic and benthic marine ecosystems: An overview

La diversidad biologica del ecosistema marino de Chile (CME) es un tema de alto interes para los cientificos y autoridades de Chile, dada la actual preocupacion por el impacto que las actividades humanas y los cambios climaticos pudieran tener sobre la estructura, funcionamiento y sustentabilidad de la productividad de esta gran region marina, reconocida como una de las mas productivas del oceano mundial. En el presente trabajo hemos examinado la informacion disponible con el objeto de describir las caracteristicas ambientales mas importantes del CME, asi como su flora y fauna, tanto en el sistema bentonico como pelagico, con una meta esencial dirigida a la identificacion de discontinuidades y barreras ambientales, las cuales pueden servir para definir unidades biogeograficas, y asi caracterizar patrones de biodiversidad. Los principales procesos fisicos y quimicos tambien son descritos. En el sistema pelagico identificamos tres regiones mayores: (1) La region norte de surgencia (18o-30o S), (2) La region centro/sur de surgencia (30o-42o S), y (3) La region austral de fiordos (42o_55oS). Estas regiones podrian ser definidas como unidades biogeograficas, aunque sus patrones de biodiversidad pueden aun necesitar analisis adicionales. Para el sistema bentonico dos provincias mayores son distinguibles: la provincia Peru-Chile (desde Paita en Peru a Valparaiso en Chile), y la provincia Magallanica (Isla de Chiloe a Cabo de Hornos). Una clara zona de transicion alrededor de los 30o S tambien ha descrito. Los limites de estas regiones biogeograficas no son sin embargo fijos, y pueden variar estacionalmente y entre anos. Los patrones de diversidad, asi como las especies dominantes y claves que habitan estos compartimentos biogeograficos son descritos sobre la base de datos disponibles. Los estudios necesarios para obtener informacion mas robusta para describir la diversidad y los procesos que la sustentan son enfatizados, asi como la necesidad de iniciar programas de monitoreo y procesos en el CME de gran escala y largo termino, que puedan permitir futuros analisis de patrones de biodiversidad a lo largo de la costa chilena para propositos de conservacion

Thermal tolerance of crustacean larvae (zoea I) in two different populations of the kelp crab Taliepus dentatus (Milne-Edwards).

SUMMARY Studies of thermal tolerance in marine ectotherms are key in understanding climate effects on ecosystems; however, tolerance of their larval stages has rarely been analyzed. Larval stages are expected to be particularly sensitive. Thermal stress may affect their potential for dispersal and zoogeographical distribution. A mismatch between oxygen demand and the limited capacity of oxygen supply to tissues has been hypothesized to be the first mechanism restricting survival at thermal extremes. Therefore, thermal tolerance of stage zoea I larvae was examined in two populations of the Chilean kelp crab Taliepus dentatus, which are separated by latitude and the thermal regime. We measured temperature-dependent activity, oxygen consumption, cardiac performance, body mass and the carbon (C) and nitrogen (N) composition in order to: (1) examine thermal effects from organismal to cellular levels, and (2) compare the thermal tolerance of larvae from two environmental temperature regimes. We found that larval performance is affected at thermal extremes indicated by decreases in activity, mainly in maxilliped beat rates, followed by decreases in oxygen consumption rates. Cardiac stroke volume was almost temperature-independent. Through changes in heart rate, cardiac output supported oxygen demand within the thermal window whereas at low and high temperature extremes heart rate declined. The comparison between southern and central populations suggests the adaptation of southern larvae to a colder temperature regime, with higher cardiac outputs due to increased cardiac stroke volumes, larger body sizes but similar body composition as indicated by similar C:N ratios. This limited but clear differentiation of thermal windows between populations allows the species to widen its biogeographical range.

Latitudinal comparisons of reproductive traits in five Brachyuran species along the Chilean coast

El estudio de los patrones de inversion reproductiva y fecundidad en invertebrados marinos a escalas espaciales grandes es de vital importancia para determinar las variables ambientales criticas que afectan la reproduccion, y asi poder entender los patrones espaciales de las dinamicas poblacionales. Sin embargo, la informacion sobre patrones de reproduccion en invertebrados marinos a gran escala es escasa, y en algunos casos ha sido generada tomando en cuenta especies con diferentes modos de desarrollo. Los crustaceos braquiuros son un grupo de gran interes para analizar patrones de reproduccion a gran escala no solo por la importancia comercial de muchas especies sino tambien por presentar un unico modo de desarrollo larval y un amplio rango de distribucion geografica. En este trabajo reportamos los patrones reproductivos de cinco especies de braquiuros: Cancer setosus, Paraxanthus barbiger, Homalaspis plana, Ovalipes trimaculatus y Taliepus marginatus, a lo largo de la costa de Chile (18-54 ° S). Cinco variables fueron analizadas: peso de la masa de embriones, fecundidad, peso seco del embrion, volumen del embrion y perdida de embriones. Se realizaron comparaciones entre el norte (20 ° S), centro (29-33 ° S) y sur de Chile (35-41 ° S) para C. setosus, y entre el centro y sur de Chile para las otras cuatro especies. Se recolectaron y analizaron un total de 378 hembras ovigeras. Aunque no detectamos un patron bien definido para todas las variables reproductivas en las especies analizadas a lo largo de la costa de Chile, emergieron al menos tres generalidades. Primero, en la mayoria de las especies el peso de la masa de embriones no vario entre el centro y sur de Chile (exceptuando P. barbiger). Segundo, la perdida de embriones no vario entre el centro y sur de Chile en cuatro de las especies estudiadas. Tercero, el peso seco del embrion tendio a aumentar en poblaciones de latitudes altas en cuatro de las especies analizadas. Proponemos que el costo asociado a la provision de oxigeno a los embriones puede explicar alguno de los patrones encontrados, aunque otros factores necesitan ser considerados

Phylogeography and Biogeography Concordance in the Marine Gastropod Crepipatella dilatata (Calyptraeidae) along the Southeastern Pacific Coast

The biogeography and phylogeography concordance hypothesis suggests that the same factors, for instance physical barriers or environmental gradients, shape both species assemblages and intraspecific genetic structure. In the marine realm, previous studies have however suggested that phylogeographic patterns are also explained by the life-history strategy of the species. However, evidence is contradictory and comes mainly from the northern hemisphere, which is characterized by specific environmental conditions and evolutionary histories of species. In this work, we evaluated the concordance hypothesis in the southern Pacific using the marine gastropod Crepipatella dilatata as a case study. This intertidal species with direct development exhibited a restricted dispersal potential, a feature that contrasts with previous species studied in the same area. Using the gene cytochrome oxidase I, we analyzed 253 individuals sampled at 10 locations covering 543 km of the coast of Chile. The study sites also incorporated 2 biogeographic regions separated by a well-studied biogeographic break (at 30°S). Populations of C. dilatata displayed a high degree of genetic structure and a perfect match between phylogeographic and biogeographic breaks at 30°S. When comparing our data with previous research over the same geographic range, life history traits related to dispersal ability seem to be a good proxy for explaining the concordance between biogeography and phylogeography along the southeastern pacific coast. In addition, in this and other marine invertebrate species, gene flow limitations across both sides of the 30°S break may act as a driver of the speciation process.

Limiting factors to encapsulation: the combined effects of dissolved protein and oxygen availability on embryonic growth and survival of species with contrasting feeding strategies

SUMMARY Encapsulation is a common strategy among marine invertebrate species. It has been shown that oxygen and food availability independently constrain embryo development during intracapsular development. However, it is unclear how embryos of species with different feeding strategies perceive these two constraints when operating jointly. In the present study, we examined the relative importance of dissolved albumen, as a food source, oxygen condition and their interaction on embryonic growth and the survival of two calyptraeid species, Crepidula coquimbensis and Crepidula fornicata, exhibiting different embryo feeding behaviours (i.e. presence vs absence of intracapsular cannibalism). Two oxygen condition treatments (normoxia and hypoxia) and three albumen concentrations (0, 1 and 2 mg l–1) were studied. In addition, albumen intake by embryos was observed using fluorescence microscopy. Our study shows that embryos of both species incorporated dissolved albumen but used a different set of embryonic organs. We observed that embryo growth rates in C. coquimbensis were negatively affected only by hypoxic conditions. Conversely, a combination of low albumen concentration and oxygen availability slowed embryo growth in C. fornicata. These findings suggest that oxygen availability is a limiting factor for the normal embryo development of encapsulated gastropod species, regardless of feeding behaviour or developmental mode. By contrast, the effect of dissolved albumen as an alternative food source on embryo performance may depend on the feeding strategy of the embryos.

Deconstructing latitudinal species richness patterns in the ocean: does larval development hold the clue?

The consistent decrease in species richness with latitude shows several exceptions among marine organisms. We hypothesize that contrasting latitudinal diversity gradients can be explained by differences in critical life-history attributes, such as mode of larval development (MLD). We deconstructed latitudinal species richness patterns of marine benthic invertebrates according to MLD to elucidate differences in patterns of species richness and to reveal underlying processes. The patterns of species richness were remarkably similar across taxa within MLD but differed between MLD. Species richness decreased polewards in planktotrophic species and increased in direct developers. Temperature explained most of the variation in species richness. Low temperature at high latitudes may generally favour direct developing species, but, together with low chlorophyll-a concentration, limit the distribution of planktotrophic species. The contrasting influence of temperature on different MLDs might be explained by its effect on the length of planktonic life and on brooding costs.

Brood care in Brachyuran crabs: the effect of oxygen provision on reproductive costs

La cuantificacion de los costos asociados con cuidado parental en invertebrados marinos requiere de un primer paso, muy necesario, cual es la identificacion de los diferentes tipos de cuidado parental presentes en este grupo. Entre los invertebrados marinos, la provision de oxigeno a las agregaciones de embriones es critica, pero hasta ahora las evidencias que ligan el cuidado maternal con la provision de oxigeno son indirectas. Las especies que muestran comportamientos activos dirigidos a la provision de oxigeno a los embriones ofrecen un buen modelo de estudio para establecer la relacion entre cuidado maternal y provision de oxigeno, permitiendo ademas estimar los costos asociados. En este manuscrito, presentamos una revision de la informacion existente sobre limitacion de oxigeno en agregaciones de embriones de invertebrados marinos en general, y de braquiuros en particular. El principal enfasis es en resultados recientes sobre Braquiuros y nueva informacion sobre Ovalipes trimaculatus. Las consecuencias de la limitacion de oxigeno sobre inversion en reproduccion y determinacion del tamano de la camada son analizadas. Los patrones temporales de disponibilidad de oxigeno en el centro de masas de embriones de Braquiuros difiere de otras especies de invertebrados marinos. Un patron ciclico de presion parcial de oxigeno (PO2) se observa en masas de embriones tempranos, mientras que niveles altos y constantes de PO2 se han encontrado en hembras con embriones en estadios tardios de desarrollo. A medida que ocurren estos cambios en PO2 en la masa de embriones, se detecto un aumento en el consumo de oxigeno de los embriones y en la frecuencia del batido abdominal de las hembras. Este patron tambien se pudo observar al comparar la frecuencia del batido abdominal entre especies que muestran diferentes tasas de consumo de sus embriones. A pesar de estas diferencias, los embriones de todas las especies experimentan bajos niveles de PO2 durante fases tempranas del desarrollo y altos niveles de PO2 en estadios tardios. En todas las especies el batido abdominal parece ser el principal comportamiento utilizado para proveer oxigeno a los embriones, independientemente del tipo de habitat utilizado por los adultos. Estudios recientes han mostrado que hembras ovigeras de braquiuros consumen significativamente mas oxigeno que las hembras no ovigeras, y sugieren que hay un compromiso entre inversion en huevos e inversion en ventilar esos embriones. Estas evidencias muestran la necesidad de incluir el costo de provision de oxigeno en la estimacion del esfuerzo maternal. Se presenta un amplio rango de posibles lineas de interes para investigar este problema y avanzar en nuestro conocimiento, utilizando como modelos invertebrados marinos en general, y los braquiuros en particular