Functional diversity of benthic fauna from polymetallic nodule areas

Abstract

The functional diversity in a community supports a resilient and resistant ecosystem. There has been an increase in studies that aim to understand and measure the relationship between biodiversity and ecosystem functioning, and among the most common approaches used are the functional trait-based approaches. Functional trait analyses allow us to capture aspects related to ecosystem processes and functions to better understand the role of species in the ecosystem but also grasp aspects related to how they respond to both natural and anthropogenic disturbance. Nevertheless, this method has been applied in a few case studies and is hindered by the lack of functional trait data across a wide range of deep-sea environments. Although the exploitation of mineral resources has not started yet, there is a large interest, particularly in polymetallic nodules rich area such as the Clarion-Clipperton Zone (CCZ), where several contract areas have been issued by the International Seabed Authority (ISA). The overall aim of this work is to increase the knowledge of the functional biodiversity of the CCZ and to assess the potential impacts of seabed mining on the functional attributes of deep-sea fauna. To achieve this, the first-ever global functional trait database was created supported by literature reviewed and expert-based input to compile a list of 30 traits across 3 descriptors (biological, ecological, and distribution), associated with 169 modalities, all of which also expected to be transversal to other ecosystems. The function/ecological relevance of each trait in the context of seabed mining was defined, and key traits, meaning, traits that were considered likely to be more sensitive, or thought to have a response/effect on a community in case of disturbance were also identified and prioritized under different mining impact scenarios. To test the database, a case study was conducted to compare the functional biodiversity of megafauna communities of a contractual area (TOML-D) and an area of particular environmental interest (APEI 6) in the CCZ. Overall, the two areas have similar functional diversity, and although some traits indicate differences between both areas, most traits are ensured by a high number of morphospecies suggesting redundancy in the investigated traits. This study sets the basis for future fundamental ecological studies focused on functional ecology in deep-sea ecosystems, particularly those rich in mineral deposits. As the first test of this approach in nodule-rich areas, it helped identify gaps and caveats, as well as future research priorities in the field of functional ecology in the deep-sea ecosystems targeted for deep-sea mining, and their regions.

A diversidade funcional de uma comunidade suporta um ecossistema mais resiliente e resistente. Existe um aumento do número de estudos que visa compreender e medir a relação entre a biodiversidade e o funcionamento dos ecossistemas. Entre as abordagens mais comuns, estão as abordagens baseadas em análise de atributos funcionais. Estas, permitem-nos melhor entender o papel das espécies no ecossistema, mas também em aspetos relacionados com a forma como as espécies respondem a perturbações naturais e antropogénicas. No entanto, devido à inexistência de dados à escala global para ambientes de profundidade, esta metodologia ainda é de difícil aplicabilidade em ambientes de mar profundo. Existe um grande interesse pela exploração dos recursos minerais nestes ecossistemas, e, embora esta atividade ainda não tenha começado, as áreas ricas em nódulos polimetálicos, como é o caso da Zona de Fratura Clarion-Clipperton (CCZ), já se encontram em fase de exploração, com várias áreas contractuais atribuídas pela Autoridade Internacional para os Fundos Marinhos (ISA). O objetivo geral deste trabalho é ampliar o conhecimento da biodiversidade funcional da CCZ e avaliar os potenciais impactos que as futuras atividades de mineração poderão vir a ter no funcionamento dos ecossistemas marinhos. Para tal, foi criada a primeira base de dados global de atributos funcionais com recurso a uma extensa revisão da literatura e com contribuições de peritos na área, resultando na compilação de uma lista de 30 atributos distribuídos por 3 descritores (biológicos, ecológicos e distribuição), e associados a 169 modalidades, que se prevê que sejam de interesse transversal a outros ecossistemas. A função e/ou relevância ecológica de cada atributo no contexto da mineração neste ecossistema foi também definida, e os atributos considerados particularmente sensíveis, ou seja, que se pensa virem a ter uma resposta/efeito em caso de perturbação, foram identificados e priorizados para diferentes cenários de impacto. Para testar a base de dados proposta, foi realizado um caso de estudo onde foi comparada a biodiversidade funcional das comunidades de megafauna de uma área contratual (TOML-D) e uma área de particular interesse ambiental (APEI 6) na CCZ. No geral, as duas áreas têm uma diversidade funcional semelhante e, embora alguns atributos indiquem diferenças entre as áreas, a maioria é assegurada por um elevado número de morfoespécies, o que sugere redundância nos atributos investigados. Esta tese estabelece a base para futuros estudos ecológicos da ecologia funcional em ecossistemas de mar profundo, particularmente em áreas ricas em depósitos minerais. Sendo o primeiro teste desta abordagem, foram identificados pontos chave a desenvolver bem como lacunas no conhecimento e futuras prioridades na investigação no domínio da ecologia funcional nos ecossistemas de profundidade visados pela extração mineira de profundidade e nas suas regiões.