• Energy Research

AbstractDeep‐water corals are protected in the seas around New Zealand by legislation that prohibits intentional damage and removal, and by marine protected areas where bottom trawling is prohibited. However, these measures do not protect them from the impacts of a changing climate and ocean acidification. To enable adequate future protection from these threats we require knowledge of the present distribution of corals and the environmental conditions that determine their preferred habitat, as well as the likely future changes in these conditions, so that we can identify areas for potential refugia. In this study, we built habitat suitability models for 12 taxa of deep‐water corals using a comprehensive set of sample data and predicted present and future seafloor environmental conditions from an earth system model specifically tailored for the South Pacific. These models predicted that for most taxa there will be substantial shifts in the location of the most suitable habitat and decreases in the area of such habitat by the end of the 21st century, driven primarily by decreases in seafloor oxygen concentrations, shoaling of aragonite and calcite saturation horizons, and increases in nitrogen concentrations. The current network of protected areas in the region appear to provide little protection for most coral taxa, as there is little overlap with areas of highest habitat suitability, either in the present or the future. We recommend an urgent re‐examination of the spatial distribution of protected areas for deep‐water corals in the region, utilising spatial planning software that can balance protection requirements against value from fishing and mineral resources, take into account the current status of the coral habitats after decades of bottom trawling, and consider connectivity pathways for colonisation of corals into potential refugia.

AbstractDeep‐water corals are protected in the seas around New Zealand by legislation that prohibits intentional damage and removal, and by marine protected areas where bottom trawling is prohibited. However, these measures do not protect them from the impacts of a changing climate and ocean acidification. To enable adequate future protection from these threats we require knowledge of the present distribution of corals and the environmental conditions that determine their preferred habitat, as well as the likely future changes in these conditions, so that we can identify areas for potential refugia. In this study, we built habitat suitability models for 12 taxa of deep‐water corals using a comprehensive set of sample data and predicted present and future seafloor environmental conditions from an earth system model specifically tailored for the South Pacific. These models predicted that for most taxa there will be substantial shifts in the location of the most suitable habitat and decreases in the area of such habitat by the end of the 21st century, driven primarily by decreases in seafloor oxygen concentrations, shoaling of aragonite and calcite saturation horizons, and increases in nitrogen concentrations. The current network of protected areas in the region appear to provide little protection for most coral taxa, as there is little overlap with areas of highest habitat suitability, either in the present or the future. We recommend an urgent re‐examination of the spatial distribution of protected areas for deep‐water corals in the region, utilising spatial planning software that can balance protection requirements against value from fishing and mineral resources, take into account the current status of the coral habitats after decades of bottom trawling, and consider connectivity pathways for colonisation of corals into potential refugia.

Résumé Le biote marin se redistribue à un rythme rapide en réponse au changement climatique et à l'évolution des paysages marins. Alors que les changements dans les populations de poissons et la structure des communautés menacent la durabilité des pêches, notre capacité à nous adapter en suivant et en projetant les espèces marines reste un défi en raison des discontinuités des données dans les observations biologiques, du manque de données disponibles et de l'inadéquation entre les données et les distributions réelles des espèces. Pour évaluer l'ampleur de ce défi, nous passons en revue le statut mondial et l'accessibilité des enquêtes scientifiques en cours sur le chalut de fond. Au total, nous avons recueilli des métadonnées pour 283 925 échantillons à partir de 95 enquêtes menées régulièrement de 2001 à 2019. Nous avons identifié que 59 % des métadonnées collectées ne sont pas accessibles au public, soulignant que la disponibilité des données est le défi le plus important pour évaluer la redistribution des espèces dans le contexte du changement climatique mondial. Étant donné que le but principal des relevés est de fournir des données indépendantes pour éclairer l'évaluation des stocks de populations commercialement importantes, nous soulignons en outre que les relevés uniques ne couvrent pas toute la gamme des principales espèces de poissons démersaux commerciaux. Une moyenne de 18 relevés est nécessaire pour couvrir au moins 50 % des aires de répartition des espèces, ce qui démontre l'importance de combiner plusieurs relevés pour évaluer les changements d'aire de répartition des espèces. Nous évaluons le potentiel de combiner des enquêtes pour suivre les redistributions d'espèces transfrontalières et montrons que les différences dans les schémas d'échantillonnage et les incohérences dans l'échantillonnage peuvent être surmontées avec la modélisation spatio-temporelle pour suivre les redistributions de densité d'espèces. À la lumière de notre évaluation globale, nous établissons un cadre pour améliorer la gestion et la conservation des espèces démersales marines transfrontalières et migratoires. Nous fournissons des orientations pour améliorer la disponibilité des données et encourageons les pays à partager les données d'enquête, à évaluer les vulnérabilités des espèces et à soutenir l'adaptation de la gestion à une époque de changements océaniques liés au climat. Resumen La biota marina se está redistribuyendo a un ritmo rápido en respuesta al cambio climático y a los cambios en los paisajes marinos. Si bien los cambios en las poblaciones de peces y la estructura de la comunidad amenazan la sostenibilidad de las pesquerías, nuestra capacidad de adaptación mediante el seguimiento y la proyección de especies marinas sigue siendo un desafío debido a las discontinuidades de los datos en las observaciones biológicas, la falta de disponibilidad de datos y el desajuste entre los datos y las distribuciones reales de especies. Para evaluar el alcance de este desafío, revisamos el estado global y la accesibilidad de los estudios científicos en curso sobre redes de arrastre de fondo. En total, recopilamos metadatos para 283 925 muestras de 95 encuestas realizadas regularmente de 2001 a 2019. Identificamos que el 59% de los metadatos recopilados no están disponibles públicamente, destacando que la disponibilidad de datos es el desafío más importante para evaluar la redistribución de especies bajo el cambio climático global. Dado que el propósito principal de las encuestas es proporcionar datos independientes para informar la evaluación de las poblaciones de poblaciones comercialmente importantes, destacamos además que las encuestas individuales no cubren toda la gama de las principales especies de peces demersales comerciales. Se necesita un promedio de 18 encuestas para cubrir al menos el 50% de los rangos de especies, lo que demuestra la importancia de combinar múltiples encuestas para evaluar los cambios en el rango de especies. Evaluamos el potencial de combinar encuestas para rastrear las redistribuciones transfronterizas de especies y mostramos que las diferencias en los esquemas de muestreo y la inconsistencia en el muestreo se pueden superar con modelos espacio-temporales para seguir las redistribuciones de densidad de especies. A la luz de nuestra evaluación global, establecemos un marco para mejorar la gestión y la protección de las especies demersales marinas transfronterizas y migratorias. Proporcionamos instrucciones para mejorar la disponibilidad de datos y alentamos a los países a compartir datos de encuestas, evaluar las vulnerabilidades de las especies y apoyar la adaptación de la gestión en un momento de cambios oceánicos provocados por el clima. Abstract Marine biota are redistributing at a rapid pace in response to climate change and shifting seascapes. While changes in fish populations and community structure threaten the sustainability of fisheries, our capacity to adapt by tracking and projecting marine species remains a challenge due to data discontinuities in biological observations, lack of data availability, and mismatch between data and real species distributions. To assess the extent of this challenge, we review the global status and accessibility of ongoing scientific bottom trawl surveys. In total, we gathered metadata for 283,925 samples from 95 surveys conducted regularly from 2001 to 2019. We identified that 59% of the metadata collected are not publicly available, highlighting that the availability of data is the most important challenge to assess species redistributions under global climate change. Given that the primary purpose of surveys is to provide independent data to inform stock assessment of commercially important populations, we further highlight that single surveys do not cover the full range of the main commercial demersal fish species. An average of 18 surveys is needed to cover at least 50% of species ranges, demonstrating the importance of combining multiple surveys to evaluate species range shifts. We assess the potential for combining surveys to track transboundary species redistributions and show that differences in sampling schemes and inconsistency in sampling can be overcome with spatio‐temporal modeling to follow species density redistributions. In light of our global assessment, we establish a framework for improving the management and conservation of transboundary and migrating marine demersal species. We provide directions to improve data availability and encourage countries to share survey data, to assess species vulnerabilities, and to support management adaptation in a time of climate‐driven ocean changes. تعيد الكائنات الحية البحرية توزيعها بوتيرة سريعة استجابة لتغير المناخ وتحول المناظر البحرية. في حين أن التغيرات في أعداد الأسماك وهيكل المجتمع تهدد استدامة مصايد الأسماك، فإن قدرتنا على التكيف من خلال تتبع وإسقاط الأنواع البحرية لا تزال تشكل تحديًا بسبب انقطاع البيانات في الملاحظات البيولوجية، ونقص توافر البيانات، وعدم التطابق بين البيانات والتوزيعات الحقيقية للأنواع. لتقييم مدى هذا التحدي، نستعرض الوضع العالمي وإمكانية الوصول إلى المسوحات العلمية الجارية لشباك الجر القاعية. في المجموع، جمعنا البيانات الوصفية لـ 283,925 عينة من 95 دراسة استقصائية أجريت بانتظام من عام 2001 إلى عام 2019. حددنا أن 59 ٪ من البيانات الوصفية التي تم جمعها غير متاحة للجمهور، مما يسلط الضوء على أن توافر البيانات هو التحدي الأكثر أهمية لتقييم إعادة توزيع الأنواع في ظل تغير المناخ العالمي. وبالنظر إلى أن الغرض الأساسي من الدراسات الاستقصائية هو توفير بيانات مستقلة للاسترشاد بها في تقييم الأرصدة من السكان المهمين تجارياً، فإننا نسلط الضوء كذلك على أن الدراسات الاستقصائية الفردية لا تغطي النطاق الكامل لأنواع الأسماك القاعية التجارية الرئيسية. هناك حاجة إلى 18 دراسة استقصائية في المتوسط لتغطية 50 ٪ على الأقل من نطاقات الأنواع، مما يدل على أهمية الجمع بين دراسات استقصائية متعددة لتقييم تحولات نطاق الأنواع. نقوم بتقييم إمكانية الجمع بين المسوحات لتتبع عمليات إعادة توزيع الأنواع العابرة للحدود وإظهار أنه يمكن التغلب على الاختلافات في مخططات أخذ العينات وعدم الاتساق في أخذ العينات من خلال النمذجة المكانية والزمانية لمتابعة عمليات إعادة توزيع كثافة الأنواع. في ضوء تقييمنا العالمي، نضع إطارًا لتحسين إدارة وحفظ الأنواع القاعية البحرية العابرة للحدود والمهاجرة. نحن نقدم توجيهات لتحسين توافر البيانات وتشجيع البلدان على مشاركة بيانات المسح، وتقييم نقاط ضعف الأنواع، ودعم تكيف الإدارة في وقت التغيرات المحيطية الناجمة عن المناخ.

Résumé Le biote marin se redistribue à un rythme rapide en réponse au changement climatique et à l'évolution des paysages marins. Alors que les changements dans les populations de poissons et la structure des communautés menacent la durabilité des pêches, notre capacité à nous adapter en suivant et en projetant les espèces marines reste un défi en raison des discontinuités des données dans les observations biologiques, du manque de données disponibles et de l'inadéquation entre les données et les distributions réelles des espèces. Pour évaluer l'ampleur de ce défi, nous passons en revue le statut mondial et l'accessibilité des enquêtes scientifiques en cours sur le chalut de fond. Au total, nous avons recueilli des métadonnées pour 283 925 échantillons à partir de 95 enquêtes menées régulièrement de 2001 à 2019. Nous avons identifié que 59 % des métadonnées collectées ne sont pas accessibles au public, soulignant que la disponibilité des données est le défi le plus important pour évaluer la redistribution des espèces dans le contexte du changement climatique mondial. Étant donné que le but principal des relevés est de fournir des données indépendantes pour éclairer l'évaluation des stocks de populations commercialement importantes, nous soulignons en outre que les relevés uniques ne couvrent pas toute la gamme des principales espèces de poissons démersaux commerciaux. Une moyenne de 18 relevés est nécessaire pour couvrir au moins 50 % des aires de répartition des espèces, ce qui démontre l'importance de combiner plusieurs relevés pour évaluer les changements d'aire de répartition des espèces. Nous évaluons le potentiel de combiner des enquêtes pour suivre les redistributions d'espèces transfrontalières et montrons que les différences dans les schémas d'échantillonnage et les incohérences dans l'échantillonnage peuvent être surmontées avec la modélisation spatio-temporelle pour suivre les redistributions de densité d'espèces. À la lumière de notre évaluation globale, nous établissons un cadre pour améliorer la gestion et la conservation des espèces démersales marines transfrontalières et migratoires. Nous fournissons des orientations pour améliorer la disponibilité des données et encourageons les pays à partager les données d'enquête, à évaluer les vulnérabilités des espèces et à soutenir l'adaptation de la gestion à une époque de changements océaniques liés au climat. Resumen La biota marina se está redistribuyendo a un ritmo rápido en respuesta al cambio climático y a los cambios en los paisajes marinos. Si bien los cambios en las poblaciones de peces y la estructura de la comunidad amenazan la sostenibilidad de las pesquerías, nuestra capacidad de adaptación mediante el seguimiento y la proyección de especies marinas sigue siendo un desafío debido a las discontinuidades de los datos en las observaciones biológicas, la falta de disponibilidad de datos y el desajuste entre los datos y las distribuciones reales de especies. Para evaluar el alcance de este desafío, revisamos el estado global y la accesibilidad de los estudios científicos en curso sobre redes de arrastre de fondo. En total, recopilamos metadatos para 283 925 muestras de 95 encuestas realizadas regularmente de 2001 a 2019. Identificamos que el 59% de los metadatos recopilados no están disponibles públicamente, destacando que la disponibilidad de datos es el desafío más importante para evaluar la redistribución de especies bajo el cambio climático global. Dado que el propósito principal de las encuestas es proporcionar datos independientes para informar la evaluación de las poblaciones de poblaciones comercialmente importantes, destacamos además que las encuestas individuales no cubren toda la gama de las principales especies de peces demersales comerciales. Se necesita un promedio de 18 encuestas para cubrir al menos el 50% de los rangos de especies, lo que demuestra la importancia de combinar múltiples encuestas para evaluar los cambios en el rango de especies. Evaluamos el potencial de combinar encuestas para rastrear las redistribuciones transfronterizas de especies y mostramos que las diferencias en los esquemas de muestreo y la inconsistencia en el muestreo se pueden superar con modelos espacio-temporales para seguir las redistribuciones de densidad de especies. A la luz de nuestra evaluación global, establecemos un marco para mejorar la gestión y la protección de las especies demersales marinas transfronterizas y migratorias. Proporcionamos instrucciones para mejorar la disponibilidad de datos y alentamos a los países a compartir datos de encuestas, evaluar las vulnerabilidades de las especies y apoyar la adaptación de la gestión en un momento de cambios oceánicos provocados por el clima. Abstract Marine biota are redistributing at a rapid pace in response to climate change and shifting seascapes. While changes in fish populations and community structure threaten the sustainability of fisheries, our capacity to adapt by tracking and projecting marine species remains a challenge due to data discontinuities in biological observations, lack of data availability, and mismatch between data and real species distributions. To assess the extent of this challenge, we review the global status and accessibility of ongoing scientific bottom trawl surveys. In total, we gathered metadata for 283,925 samples from 95 surveys conducted regularly from 2001 to 2019. We identified that 59% of the metadata collected are not publicly available, highlighting that the availability of data is the most important challenge to assess species redistributions under global climate change. Given that the primary purpose of surveys is to provide independent data to inform stock assessment of commercially important populations, we further highlight that single surveys do not cover the full range of the main commercial demersal fish species. An average of 18 surveys is needed to cover at least 50% of species ranges, demonstrating the importance of combining multiple surveys to evaluate species range shifts. We assess the potential for combining surveys to track transboundary species redistributions and show that differences in sampling schemes and inconsistency in sampling can be overcome with spatio‐temporal modeling to follow species density redistributions. In light of our global assessment, we establish a framework for improving the management and conservation of transboundary and migrating marine demersal species. We provide directions to improve data availability and encourage countries to share survey data, to assess species vulnerabilities, and to support management adaptation in a time of climate‐driven ocean changes. تعيد الكائنات الحية البحرية توزيعها بوتيرة سريعة استجابة لتغير المناخ وتحول المناظر البحرية. في حين أن التغيرات في أعداد الأسماك وهيكل المجتمع تهدد استدامة مصايد الأسماك، فإن قدرتنا على التكيف من خلال تتبع وإسقاط الأنواع البحرية لا تزال تشكل تحديًا بسبب انقطاع البيانات في الملاحظات البيولوجية، ونقص توافر البيانات، وعدم التطابق بين البيانات والتوزيعات الحقيقية للأنواع. لتقييم مدى هذا التحدي، نستعرض الوضع العالمي وإمكانية الوصول إلى المسوحات العلمية الجارية لشباك الجر القاعية. في المجموع، جمعنا البيانات الوصفية لـ 283,925 عينة من 95 دراسة استقصائية أجريت بانتظام من عام 2001 إلى عام 2019. حددنا أن 59 ٪ من البيانات الوصفية التي تم جمعها غير متاحة للجمهور، مما يسلط الضوء على أن توافر البيانات هو التحدي الأكثر أهمية لتقييم إعادة توزيع الأنواع في ظل تغير المناخ العالمي. وبالنظر إلى أن الغرض الأساسي من الدراسات الاستقصائية هو توفير بيانات مستقلة للاسترشاد بها في تقييم الأرصدة من السكان المهمين تجارياً، فإننا نسلط الضوء كذلك على أن الدراسات الاستقصائية الفردية لا تغطي النطاق الكامل لأنواع الأسماك القاعية التجارية الرئيسية. هناك حاجة إلى 18 دراسة استقصائية في المتوسط لتغطية 50 ٪ على الأقل من نطاقات الأنواع، مما يدل على أهمية الجمع بين دراسات استقصائية متعددة لتقييم تحولات نطاق الأنواع. نقوم بتقييم إمكانية الجمع بين المسوحات لتتبع عمليات إعادة توزيع الأنواع العابرة للحدود وإظهار أنه يمكن التغلب على الاختلافات في مخططات أخذ العينات وعدم الاتساق في أخذ العينات من خلال النمذجة المكانية والزمانية لمتابعة عمليات إعادة توزيع كثافة الأنواع. في ضوء تقييمنا العالمي، نضع إطارًا لتحسين إدارة وحفظ الأنواع القاعية البحرية العابرة للحدود والمهاجرة. نحن نقدم توجيهات لتحسين توافر البيانات وتشجيع البلدان على مشاركة بيانات المسح، وتقييم نقاط ضعف الأنواع، ودعم تكيف الإدارة في وقت التغيرات المحيطية الناجمة عن المناخ.

The waters around New Zealand are a global hotspot of biodiversity for deep-water corals; approximately one sixth of the known deep-water coral species of the world have been recorded in the region. Deep-water corals are vulnerable to climate-related stressors and from the damaging effects of commercial fisheries. Current protection measures do not account for the vulnerability of deep-water corals to future climatic conditions, which are predicted to alter the distribution of suitable habitat for them. Using recently developed habitat suitability models for 12 taxa of deep-water corals fitted to current and future seafloor environmental conditions (under different future climatic conditions: SSP2 - 4.5 and SSP3 - 7.0) we explore possible levels of spatial protection using the decision-support tool Zonation. Specifically, we assess the impact of bottom trawling on predictions of current distributions of deep-water corals, and then assess the effectiveness of possible protection for deep-water corals, while accounting for habitat refugia under future climatic conditions. The cumulative impact of bottom trawling was predicted to impact all taxa, but particularly the reef-forming corals. Core areas of suitable habitat were predicted to decrease under future climatic conditions for many taxa. We found that designing protection using current day predictions alone, having accounted for the impacts of historic fishing impacts, was unlikely to provide adequate conservation for deep water-corals under future climate change. Accounting for future distributions in spatial planning identified areas which may provide climate refugia whilst still providing efficient protection for current distributions. These gains in conservation value may be particularly important given the predicted reduction in suitable habitat for deep-water corals due to bottom fishing and climate change. Finally, the possible impact that protection measures may have on deep-water fisheries was assessed using a measure of current fishing value (kg km-2 fish) and future fishing value (predicted under future climate change scenarios).

The waters around New Zealand are a global hotspot of biodiversity for deep-water corals; approximately one sixth of the known deep-water coral species of the world have been recorded in the region. Deep-water corals are vulnerable to climate-related stressors and from the damaging effects of commercial fisheries. Current protection measures do not account for the vulnerability of deep-water corals to future climatic conditions, which are predicted to alter the distribution of suitable habitat for them. Using recently developed habitat suitability models for 12 taxa of deep-water corals fitted to current and future seafloor environmental conditions (under different future climatic conditions: SSP2 - 4.5 and SSP3 - 7.0) we explore possible levels of spatial protection using the decision-support tool Zonation. Specifically, we assess the impact of bottom trawling on predictions of current distributions of deep-water corals, and then assess the effectiveness of possible protection for deep-water corals, while accounting for habitat refugia under future climatic conditions. The cumulative impact of bottom trawling was predicted to impact all taxa, but particularly the reef-forming corals. Core areas of suitable habitat were predicted to decrease under future climatic conditions for many taxa. We found that designing protection using current day predictions alone, having accounted for the impacts of historic fishing impacts, was unlikely to provide adequate conservation for deep water-corals under future climate change. Accounting for future distributions in spatial planning identified areas which may provide climate refugia whilst still providing efficient protection for current distributions. These gains in conservation value may be particularly important given the predicted reduction in suitable habitat for deep-water corals due to bottom fishing and climate change. Finally, the possible impact that protection measures may have on deep-water fisheries was assessed using a measure of current fishing value (kg km-2 fish) and future fishing value (predicted under future climate change scenarios).

Abstract As global oceans continue to warm and deoxygenate, it is expected that marine ectotherms will reduce in body size resulting from the interactive effects of temperature and dissolved oxygen availability. A temperature-size response describes how wild populations of ectothermic species grow faster and reach a smaller size within warmer temperatures. While temperature-size responses are well observed in marine ectotherms, the mechanisms underpinning such a reduction in body size remain debated. Here, we analyse the relative influence of temperature, dissolved oxygen concentration, and geographic location (which encompasses multiple latent variables), on the maximum body length of four fish, one crustacean, and one squid species, which inhabit shallow to deep sea (1000 m) New Zealand waters across a temperature gradient of 1.5 to 18 °C. We found that all study species displayed a temperature-size response, with the strongest response exhibited by the largest species, hoki (Macruronus novaezelandiae). We also found that temperature was more important than dissolved oxygen concentration in determining maximum body length, as dissolved oxygen levels were at or near saturation in the study area. Our results suggest that larger-bodied species may experience the strongest temperature-size responses, and support expectations from the gill-oxygen limitation theory (GOLT) and the oxygen and capacity limited thermal tolerance (OCLTT) concept that increases in oxygen demand may be size- and temperature-dependent, thus driving a reduction in maximum body length of marine ectotherms with warming.

Abstract As global oceans continue to warm and deoxygenate, it is expected that marine ectotherms will reduce in body size resulting from the interactive effects of temperature and dissolved oxygen availability. A temperature-size response describes how wild populations of ectothermic species grow faster and reach a smaller size within warmer temperatures. While temperature-size responses are well observed in marine ectotherms, the mechanisms underpinning such a reduction in body size remain debated. Here, we analyse the relative influence of temperature, dissolved oxygen concentration, and geographic location (which encompasses multiple latent variables), on the maximum body length of four fish, one crustacean, and one squid species, which inhabit shallow to deep sea (1000 m) New Zealand waters across a temperature gradient of 1.5 to 18 °C. We found that all study species displayed a temperature-size response, with the strongest response exhibited by the largest species, hoki (Macruronus novaezelandiae). We also found that temperature was more important than dissolved oxygen concentration in determining maximum body length, as dissolved oxygen levels were at or near saturation in the study area. Our results suggest that larger-bodied species may experience the strongest temperature-size responses, and support expectations from the gill-oxygen limitation theory (GOLT) and the oxygen and capacity limited thermal tolerance (OCLTT) concept that increases in oxygen demand may be size- and temperature-dependent, thus driving a reduction in maximum body length of marine ectotherms with warming.