Impacts of Aurelia sp. 1 outbreaks in a Mediterranean coastal lagoon (Varano, SE Adriatic coast)

Abstract

In recent decades, scientific efforts focused on observed increase of jellyfish outbreaks, particularly in coastal ecosystems, as both causes and consequences of significant alterations in zooplankton community and dynamics. One of the most common and ubiquitous outbreak - forming species, the scyphomedusa Aurelia sp.1 (sensu Dawson, 2003), occurs worldwide throughout many coastal areas. In Mediterranean sea, it recently established in enclosed areas, like the coastal lagoon of Varano (Apulia, SE Adriatic coast). The total absence of bibliographic data requested a broad-spectrum investigation, with the main aim of creating the basis for a general knowledge of the impacts Aurelia sp. outbreaks. In the framework of the VECTORS project, a two-year investigation was launched in 2011 in order to collect data about population dynamics and trophic ecology of Aurelia sp.1 in the coastal lagoon of Varano. The results showed that the population dynamic of the established Aurelia sp.1 is regulated by the variation in physical factors as temperature and salinity. Spatial and temporal analysis of plankton community showed also that trophic cascades on food web are the result of a sudden increase in the abundance of jellyfish population. Gut content and stable isotope analysis clarified the trophic role of Aurelia sp.1 in the lagoon according to size, and showed that jellyfish can vary the diet over the year by an opportunistic and omnivorous foraging behavior. The study also unveiled the key role of micro-zooplankton as food source for the early jellyfish life stages. Furthermore, morphological analyses provided a complete description based on life stages for the population resident in the coastal lagoon of Varano. Molecular data (COI barcoding) documented the first record of Aurelia sp.1 along the Adriatic coasts and the first undisputable evidence of its establishment in the Mediterranean. Moreover the integration of morphology/morphometrics and molecular systematics applied to Aurelia spp. populations from Mediterranean and North Sea, demonstrated to be a powerful tool for species identification and for determining geographical distributions of Aurelia spp. cryptic species. Finally, testing natural and artificial inducers of strobilation on Aurelia spp. polyps, elucidated differences in the developmental patterns regulating the initiation of jellyfish outbreaks of different Aurelia species.

Gli sforzi scientifici degli ultimi decenni si sono concentrati sull’aumento degli outbreaks di meduse, in particolare negli ecosistemi costieri, sia come cause che come conseguenze di alterazioni significative nella comunità e nella dinamica zooplanctonica. La scifomedusa Aurelia sp.1 (sensu Dawson, 2003) è una delle più ubiquitarie e comuni specie capace di formare outbreaks, ed è infatti presente in molte zone costiere nel mondo. In Mediterraneo si è recentemente stabilita in aree confinate, come la laguna costiera di Varano (Puglia, costa SE Adriatica). La totale assenza di dati bibliografici ha richiesto una indagine ad ampio spettro, con l'obiettivo principale di gettare le basi per una conoscenza generale degli impatti creati dagli outbreaks di Aurelia sp.. Nel 2011, nel quadro del progetto VECTORS è stata lanciata una campagna di due anni col fine di raccogliere dati sulla dinamica di popolazione ed ecologia trofica di Aurelia sp.1 nella laguna costiera di Varano. I risultati hanno mostrato che la dinamica di popolazione di Aurelia sp.1, è regolata dalla variazione dei fattori fisici come temperatura e salinità. L’analisi spaziale e temporale della comunità planctonica ha poi evidenziato che le cascate trofiche osservate sono il risultato dell’improvviso aumento di abbondanza della popolazione di meduse. L’analisi dei contenuti stomacali e l’analisi isotopica, hanno chiarito quale sia il ruolo trofico di Aurelia sp.1 nella laguna in base alle dimensioni, e hanno dimostrato che le meduse tramite un comportamento di foraggiamento opportunista ed onnivoro, sono in grado di variare la dieta nel corso dell'anno. Lo studio ha anche svelato il ruolo chiave del micro-zooplancton come fonte di cibo per le prime fasi di vita delle meduse. Inoltre per la popolazione residente nella laguna costiera di Varano, le analisi morfologiche hanno fornito una descrizione completa basata sugli stadi vitali. I dati molecolari (barcoding del gene COI) hanno fornito la prima segnalazione di Aurelia sp.1 lungo le coste Adriatiche così come la prima prova indiscutibile della sua presenza in Mediterraneo. Inoltre, l'integrazione di morfologia/morfometria e sistematica molecolare applicata alle popolazioni di Aurelia spp. provenienti dal Mar Mediterraneo e dal Mar del Nord, ha dimostrato di essere un potente strumento per l'identificazione delle specie e per la determinazione delle distribuzioni geografiche delle specie criptiche di Aurelia spp.. Infine, i test effettuati sui polipi di Aurelia spp. con induttori naturali e artificiali della strobilazione, hanno chiarito quali siano le differenze nei pattern di sviluppo che regolano l'inizio degli outbreaks di meduse nelle diverse specie di Aurelia.