• Energy Research

Without drastic efforts to reduce carbon emissions and mitigate globalized stressors, tropical coral reefs are in jeopardy. Strategic conservation and management requires identification of the environmental and socioeconomic factors driving the persistence of scleractinian coral assemblages—the foundation species of coral reef ecosystems. Here, we compiled coral abundance data from 2,584 Indo-Pacific reefs to evaluate the influence of 21 climate, social and environmental drivers on the ecology of reef coral assemblages. Higher abundances of framework-building corals were typically associated with: weaker thermal disturbances and longer intervals for potential recovery; slower human population growth; reduced access by human settlements and markets; and less nearby agriculture. We therefore propose a framework of three management strategies (protect, recover or transform) by considering: (1) if reefs were above or below a proposed threshold of >10% cover of the coral taxa important for structural complexity and carbonate production; and (2) reef exposure to severe thermal stress during the 2014–2017 global coral bleaching event. Our findings can guide urgent management efforts for coral reefs, by identifying key threats across multiple scales and strategic policy priorities that might sustain a network of functioning reefs in the Indo-Pacific to avoid ecosystem collapse.

La gestion des récifs coralliens pour la résilience au changement climatique est un concept populaire, mais il a été difficile à mettre en œuvre car les preuves scientifiques empiriques n'ont pas été évaluées ou ne sont parfois pas favorables à la théorie, ce qui conduit à l'incertitude lors de l'examen des méthodes et de l'identification des récifs prioritaires. Nous avons demandé à des experts et examiné la littérature scientifique pour obtenir des conseils sur les multiples facteurs physiques et biologiques qui affectent la capacité des récifs coralliens à résister et à se remettre des perturbations climatiques. Onze facteurs clés pour éclairer les décisions basées sur la mise à l'échelle des preuves scientifiques et la faisabilité de la quantification des facteurs ont été identifiés. Les facteurs importants pour la résistance et la récupération, qui sont des composantes importantes de la résilience, n'étaient pas fortement liés et devraient être évalués de manière indépendante. L'abondance d'espèces coralliennes résistantes (tolérantes à la chaleur) et la variabilité des températures passées ont été perçues comme offrant la plus grande résistance au changement climatique, tandis que les taux de recrutement des coraux et l'abondance des macroalgues ont été les plus influents dans le processus de rétablissement. Sur la base des 11 facteurs clés, nous avons testé un cadre fondé sur des données probantes pour la résilience au changement climatique dans une aire marine protégée indonésienne. Les résultats suggèrent que notre cadre pondéré par les preuves a amélioré les méthodes non pondérées existantes en termes de caractérisation de la résilience et de distinction des sites prioritaires. L'évaluation soutient le concept selon lequel, malgré une grande complexité écologique, relativement peu de variables fortes peuvent être importantes pour influencer la dynamique des écosystèmes. Il s'agit de la première évaluation rigoureuse des facteurs favorisant la résilience des récifs coralliens en fonction de leur importance perçue, des preuves empiriques et de la faisabilité de la mesure. Il y avait peu de différences entre les perceptions des scientifiques de l'importance des facteurs et les preuves scientifiques trouvées dans les publications de revues, mais d'autres études d'impact avant et après seront nécessaires pour tester pleinement la validité de tous les facteurs. Les méthodes ici augmenteront la faisabilité et la défensibilité d'inclure des mesures clés de résilience dans les évaluations des récifs coralliens, ainsi que de réduire les coûts. Adaptation, aires marines protégées, établissement des priorités, résistance, récupération. La gestión de los arrecifes de coral para la resiliencia al cambio climático es un concepto popular, pero ha sido difícil de implementar porque la evidencia científica empírica no se ha evaluado o, a veces, no respalda la teoría, lo que genera incertidumbre al considerar los métodos e identificar los arrecifes prioritarios. Pedimos a expertos y revisamos la literatura científica para obtener orientación sobre los múltiples factores físicos y biológicos que afectan la capacidad de los arrecifes de coral para resistir y recuperarse de las perturbaciones climáticas. Se identificaron once factores clave para informar las decisiones basadas en la evidencia científica a escala y la viabilidad de cuantificar los factores. Los factores importantes para la resistencia y la recuperación, que son componentes importantes de la resiliencia, no estaban fuertemente relacionados y deben evaluarse de forma independiente. Se percibió que la abundancia de especies de coral resistentes (tolerantes al calor) y la variabilidad de la temperatura pasada proporcionaban la mayor resistencia al cambio climático, mientras que las tasas de reclutamiento de coral y la abundancia de macroalgas fueron las más influyentes en el proceso de recuperación. Con base en los 11 factores clave, probamos un marco basado en evidencia para la resiliencia al cambio climático en un área marina protegida de Indonesia. Los resultados sugieren que nuestro marco ponderado por la evidencia mejoró los métodos no ponderados existentes en términos de caracterizar la resiliencia y distinguir los sitios prioritarios. La evaluación respalda el concepto de que, a pesar de la alta complejidad ecológica, relativamente pocas variables fuertes pueden ser importantes para influir en la dinámica de los ecosistemas. Esta es la primera evaluación rigurosa de los factores que promueven la resiliencia de los arrecifes de coral en función de su importancia percibida, la evidencia empírica y la viabilidad de la medición. Hubo pocas diferencias entre las percepciones de los científicos sobre la importancia de los factores y la evidencia científica que se encuentra en las publicaciones de revistas, pero se requerirán más estudios antes y después del impacto para probar completamente la validez de todos los factores. Los métodos aquí mencionados aumentarán la viabilidad y la defendibilidad de incluir métricas clave de resiliencia en las evaluaciones de los arrecifes de coral, así como reducirán los costos. Adaptación, áreas marinas protegidas, priorización, resistencia, recuperación. Managing coral reefs for resilience to climate change is a popular concept but has been difficult to implement because the empirical scientific evidence has either not been evaluated or is sometimes unsupportive of theory, which leads to uncertainty when considering methods and identifying priority reefs. We asked experts and reviewed the scientific literature for guidance on the multiple physical and biological factors that affect the ability of coral reefs to resist and recover from climate disturbance. Eleven key factors to inform decisions based on scaling scientific evidence and the achievability of quantifying the factors were identified. Factors important to resistance and recovery, which are important components of resilience, were not strongly related, and should be assessed independently. The abundance of resistant (heat-tolerant) coral species and past temperature variability were perceived to provide the greatest resistance to climate change, while coral recruitment rates, and macroalgae abundance were most influential in the recovery process. Based on the 11 key factors, we tested an evidence-based framework for climate change resilience in an Indonesian marine protected area. The results suggest our evidence-weighted framework improved upon existing un-weighted methods in terms of characterizing resilience and distinguishing priority sites. The evaluation supports the concept that, despite high ecological complexity, relatively few strong variables can be important in influencing ecosystem dynamics. This is the first rigorous assessment of factors promoting coral reef resilience based on their perceived importance, empirical evidence, and feasibility of measurement. There were few differences between scientists' perceptions of factor importance and the scientific evidence found in journal publications but more before and after impact studies will be required to fully test the validity of all the factors. The methods here will increase the feasibility and defensibility of including key resilience metrics in evaluations of coral reefs, as well as reduce costs. Adaptation, marine protected areas, priority setting, resistance, recovery. تعد إدارة الشعاب المرجانية من أجل المرونة في مواجهة تغير المناخ مفهومًا شائعًا ولكن كان من الصعب تنفيذه لأن الأدلة العلمية التجريبية إما لم يتم تقييمها أو أنها في بعض الأحيان غير داعمة للنظرية، مما يؤدي إلى عدم اليقين عند النظر في الأساليب وتحديد الشعاب المرجانية ذات الأولوية. طلبنا من الخبراء وراجعنا الأدبيات العلمية للحصول على إرشادات حول العوامل الفيزيائية والبيولوجية المتعددة التي تؤثر على قدرة الشعاب المرجانية على المقاومة والتعافي من اضطرابات المناخ. تم تحديد أحد عشر عاملاً رئيسياً لتوجيه القرارات بناءً على قياس الأدلة العلمية وإمكانية تحقيق القياس الكمي للعوامل. لم تكن العوامل المهمة للمقاومة والتعافي، والتي تعد مكونات مهمة للمرونة، مرتبطة ارتباطًا وثيقًا، ويجب تقييمها بشكل مستقل. كان يُنظر إلى وفرة الأنواع المرجانية المقاومة (المقاومة للحرارة) وتقلب درجات الحرارة في الماضي على أنها توفر أكبر مقاومة لتغير المناخ، في حين كانت معدلات تجنيد المرجان ووفرة الطحالب الكلية أكثر تأثيرًا في عملية التعافي. استنادًا إلى العوامل الرئيسية الأحد عشر، اختبرنا إطارًا قائمًا على الأدلة لمرونة تغير المناخ في منطقة محمية بحرية إندونيسية. تشير النتائج إلى أن إطارنا المرجح بالأدلة قد تحسن على الأساليب غير المرجحة الحالية من حيث توصيف المرونة وتمييز المواقع ذات الأولوية. يدعم التقييم المفهوم القائل بأنه على الرغم من التعقيد البيئي الكبير، إلا أن عددًا قليلاً نسبيًا من المتغيرات القوية يمكن أن يكون مهمًا في التأثير على ديناميكيات النظام الإيكولوجي. هذا هو أول تقييم دقيق للعوامل التي تعزز مرونة الشعاب المرجانية بناءً على أهميتها المتصورة والأدلة التجريبية وجدوى القياس. كانت هناك اختلافات قليلة بين تصورات العلماء لأهمية العوامل والأدلة العلمية الموجودة في منشورات المجلات ولكن ستكون هناك حاجة إلى المزيد قبل دراسات التأثير وبعدها لاختبار صحة جميع العوامل بشكل كامل. ستزيد الطرق هنا من الجدوى وإمكانية الدفاع عن تضمين مقاييس المرونة الرئيسية في تقييمات الشعاب المرجانية، بالإضافة إلى تقليل التكاليف. التكيف، والمناطق البحرية المحمية، وتحديد الأولويات، والمقاومة، والتعافي.

As species adapt to a changing climate, so too must humans adapt to a new conservation landscape. Classical frameworks have distinguished between fine‐ and coarse‐filter conservation strategies, focusing on conserving either the species or the landscapes, respectively, that together define extant biodiversity. Adapting this framework for climate change, conservationists are using fine‐filter strategies to assess species vulnerability and prioritize the most vulnerable species for conservation actions. Coarse‐filter strategies seek to conserve either key sites as determined by natural elements unaffected by climate change, or sites with low climate velocity that are expected to be refugia for climate‐displaced species. Novel approaches combine coarse‐ and fine‐scale approaches—for example, prioritizing species within pretargeted landscapes—and accommodate the difficult reality of multiple interacting stressors. By taking a diversified approach to conservation actions and decisions, conservationists can hedge against uncertainty, take advantage of new methods and information, and tailor actions to the unique needs and limitations of places, thereby ensuring that the biodiversity show will go on.

Resilience is usually defined as the capacity of an ecosystem to absorb disturbance without shifting to an alternative state and losing function and services [1]–[3]. The concept therefore encompasses two separate processes: resistance—the magnitude of disturbance that causes a change in structure—and recovery—the speed of return to the original structure [4],[5]—which are fundamentally different but rarely distinguished. Yet, resilience has become a central concept in the management of natural ecosystems [6],[7]. Many current management actions aim to alleviate local stressors in an effort to increase ecosystem resilience to global climate change [8],[9]. Such a management philosophy is premised on the belief that eliminating local drivers of ecological change will increase the ability of an ecosystem to resist future climate disturbances, its ability to recover from such disturbances, or both [2],[6]. Measuring resilience is fraught with difficulties [1],[3]. Nevertheless, assessing changes in resilience as a result of management action is critical because there is general agreement for the existence of a strong link between resilience and sustainability [10]. Successfully increasing the resilience of natural systems may therefore have important implications for human welfare in the face of global climate change. In this Perspective, we will argue that the expectation of increased resilience of natural communities to climate change through the reduction of local stressors may be fundamentally incorrect, and that resilience-focused management may, in fact, result in greater vulnerability to climate impacts. We illustrate our argument using coral reefs as a model. Coral reefs are in an ecological crisis due to climate change and the ever-increasing magnitude of human impacts on these biodiverse habitats [11],[12]. These impacts stem from a multiplicity of local stressors, such as fishing, eutrophication, and sedimentation. It is therefore not surprising that the concept of resilience—to climate change in particular—is perhaps more strongly advocated as an underpinning of management for coral reefs than for any other ecosystem [9],. Marine reserves or no-take areas, the most popular form of spatial management for coral reef conservation, are widely thought to have the potential to increase coral reef resilience [11],[13],[14],[17]. But do they really?

Many conservation strategies identify a narrow subset of genotypes, species, or geographic locations that are predicted to be favored under different scenarios of future climate change. However, a focus on predicted winners, which might not prove to be correct, risks undervaluing the balance of biological diversity from which climate-change winners could otherwise emerge. Drawing on ecology, evolutionary biology, and portfolio theory, we propose a conservation approach designed to promote adaptation that is less dependent on uncertain predictions about the identity of winners and losers. By designing actions to facilitate numerous opportunities for selection across biological and environmental conditions, we can allow nature to pick the winners and increase the probability that ecosystems continue to provide services to humans and other species.