• Energy Research

AbstractClimate change is exposing marine species to unsuitable temperatures while also creating new thermally suitable habitats of varying persistence. However, understanding how these different dynamics will unfold over time remains limited. We use yearly sea surface temperature projections to estimate temporal dynamics of thermal exposure (when temperature exceeds realised species’ thermal limits) and opportunity (when temperature at a previously unsuitable site becomes suitable) for 21,696 marine species globally until 2100. Thermal opportunities are projected to arise earlier and accumulate gradually, especially in temperate and polar regions. Thermal exposure increases later and occurs more abruptly, mainly in the tropics. Assemblages tend to show either high exposure or high opportunity, but seldom both. Strong emissions reductions reduce exposure around 100-fold whereas reductions in opportunities are halved. Globally, opportunities are projected to emerge faster than exposure until mid-century when exposure increases more rapidly under a high emissions scenario. Moreover, across emissions and dispersal scenarios, 76%-97% of opportunities are projected to persist until 2100. These results indicate thermal opportunities could be a major source of marine biodiversity change, especially in the near- and mid-term. Our work provides a framework for predicting where and when thermal changes will occur to guide monitoring efforts.

AbstractGiven the accelerating rate of biodiversity loss, the need to prioritize marine areas for protection represents a major conservation challenge. The three‐dimensionality of marine life and ecosystems is an inherent element of complexity for setting spatial conservation plans. Yet, the confidence of any recommendation largely depends on shifting climate, which triggers a global redistribution of biodiversity, suggesting the inclusion of time as a fourth dimension. Here, we developed a depth‐specific prioritization analysis to inform the design of protected areas, further including metrics of climate‐driven changes in the ocean. Climate change was captured in this analysis by considering the projected future distribution of >2000 benthic and pelagic species inhabiting the Mediterranean Sea, combined with climatic stability and heterogeneity metrics of the seascape. We identified important areas based on both biological and climatic criteria, where conservation focus should be given in priority when designing a three‐dimensional, climate‐smart protected area network. We detected spatially concise, conservation priority areas, distributed around the basin, that protected marine areas almost equally across all depth zones. Our approach highlights the importance of deep sea zones as priority areas to meet conservation targets for future marine biodiversity, while suggesting that spatial prioritization schemes, that focus on a static two‐dimensional distribution of biodiversity data, might fail to englobe both the vertical properties of species distributions and the fine and larger‐scale impacts associated with climate change.

El mar Mediterráneo es un punto caliente de biodiversidad marina. Aquí combinamos un extenso análisis de la literatura con opiniones de expertos para actualizar las estimaciones disponibles públicamente de los principales taxones en este ecosistema marino y para revisar y actualizar varias listas de especies. También evaluamos los patrones espaciales y temporales generales de la diversidad de especies e identificamos los principales cambios y amenazas. Nuestros resultados enumeraron aproximadamente 17.000 especies marinas que se encuentran en el mar Mediterráneo. Sin embargo, nuestras estimaciones de la diversidad marina aún están incompletas, ya que en el futuro se añadirán especies aún no descritas. La diversidad de microbios está sustancialmente subestimada, y las áreas de aguas profundas y partes de la región sur y este aún son poco conocidas. Además, la invasión de especies exóticas es un factor crucial que seguirá cambiando la biodiversidad del Mediterráneo, principalmente en su cuenca oriental que puede extenderse rápidamente hacia el norte y hacia el oeste debido al calentamiento del mar Mediterráneo. Los patrones espaciales mostraron una disminución general de la biodiversidad de las regiones noroeste a sureste después de un gradiente de producción, con algunas excepciones y cautela debido a las lagunas en nuestro conocimiento de la biota a lo largo de los bordes sur y este. La biodiversidad también fue generalmente mayor en las zonas costeras y las plataformas continentales, y disminuye con la profundidad. Las tendencias temporales indicaron que la sobreexplotación y la pérdida de hábitat han sido los principales impulsores humanos de los cambios históricos en la biodiversidad. En la actualidad, la pérdida y degradación del hábitat, seguida de los impactos de la pesca, la contaminación, el cambio climático, la eutrofización y el establecimiento de especies exóticas son las amenazas más importantes y afectan al mayor número de grupos taxonómicos. Se espera que todos estos impactos crezcan en importancia en el futuro, especialmente el cambio climático y la degradación del hábitat. La identificación espacial de los puntos calientes destacó la importancia ecológica de la mayoría de las plataformas del Mediterráneo occidental (y en particular, el Estrecho de Gibraltar y el Mar de Alborán adyacente), la costa de África occidental, el Adriático y el Mar Egeo, que muestran altas concentraciones de especies en peligro de extinción, amenazadas o vulnerables. La cuenca levantina, gravemente afectada por la invasión de especies, también está en peligro de extinción. Este resumen ha sido traducido a otros idiomas (Archivo S1). La mer Méditerranée est un point chaud de la biodiversité marine. Ici, nous avons combiné une analyse documentaire approfondie avec des avis d'experts pour mettre à jour les estimations accessibles au public des principaux taxons de cet écosystème marin et pour réviser et mettre à jour plusieurs listes d'espèces. Nous avons également évalué les schémas spatiaux et temporels globaux de la diversité des espèces et identifié les principaux changements et menaces. Nos résultats ont répertorié environ 17 000 espèces marines présentes dans la mer Méditerranée. Cependant, nos estimations de la diversité marine sont encore incomplètes car des espèces encore non décrites seront ajoutées à l'avenir. La diversité pour les microbes est considérablement sous-estimée, et les zones d'eau profonde et les parties de la région sud et est sont encore mal connues. En outre, l'invasion d'espèces exotiques est un facteur crucial qui continuera à modifier la biodiversité de la Méditerranée, principalement dans son bassin oriental qui peut se propager rapidement vers le nord et l'ouest en raison du réchauffement de la mer Méditerranée. Les modèles spatiaux ont montré une diminution générale de la biodiversité des régions du nord-ouest au sud-est suivant un gradient de production, à quelques exceptions près et avec prudence en raison de lacunes dans nos connaissances du biote le long des rives sud et est. La biodiversité était également généralement plus élevée dans les zones côtières et les plateaux continentaux, et diminuait avec la profondeur. Les tendances temporelles ont indiqué que la surexploitation et la perte d'habitat ont été les principaux moteurs humains des changements historiques de la biodiversité. À l'heure actuelle, la perte et la dégradation de l'habitat, suivies des impacts de la pêche, de la pollution, du changement climatique, de l'eutrophisation et de l'établissement d'espèces exotiques sont les menaces les plus importantes et affectent le plus grand nombre de groupes taxonomiques. Tous ces impacts devraient prendre de l'importance à l'avenir, en particulier le changement climatique et la dégradation de l'habitat. L'identification spatiale des points chauds a mis en évidence l'importance écologique de la plupart des plateaux de la Méditerranée occidentale (et en particulier du détroit de Gibraltar et de la mer d'Alboran adjacente), de la côte ouest africaine, de l'Adriatique et de la mer Égée, qui présentent de fortes concentrations d'espèces menacées, menacées ou vulnérables. Le bassin levantin, gravement touché par l'invasion des espèces, est également menacé. Ce résumé a été traduit dans d'autres langues (Fichier S1). The Mediterranean Sea is a marine biodiversity hot spot. Here we combined an extensive literature analysis with expert opinions to update publicly available estimates of major taxa in this marine ecosystem and to revise and update several species lists. We also assessed overall spatial and temporal patterns of species diversity and identified major changes and threats. Our results listed approximately 17,000 marine species occurring in the Mediterranean Sea. However, our estimates of marine diversity are still incomplete as yet-undescribed species will be added in the future. Diversity for microbes is substantially underestimated, and the deep-sea areas and portions of the southern and eastern region are still poorly known. In addition, the invasion of alien species is a crucial factor that will continue to change the biodiversity of the Mediterranean, mainly in its eastern basin that can spread rapidly northwards and westwards due to the warming of the Mediterranean Sea. Spatial patterns showed a general decrease in biodiversity from northwestern to southeastern regions following a gradient of production, with some exceptions and caution due to gaps in our knowledge of the biota along the southern and eastern rims. Biodiversity was also generally higher in coastal areas and continental shelves, and decreases with depth. Temporal trends indicated that overexploitation and habitat loss have been the main human drivers of historical changes in biodiversity. At present, habitat loss and degradation, followed by fishing impacts, pollution, climate change, eutrophication, and the establishment of alien species are the most important threats and affect the greatest number of taxonomic groups. All these impacts are expected to grow in importance in the future, especially climate change and habitat degradation. The spatial identification of hot spots highlighted the ecological importance of most of the western Mediterranean shelves (and in particular, the Strait of Gibraltar and the adjacent Alboran Sea), western African coast, the Adriatic, and the Aegean Sea, which show high concentrations of endangered, threatened, or vulnerable species. The Levantine Basin, severely impacted by the invasion of species, is endangered as well. This abstract has been translated to other languages (File S1). البحر الأبيض المتوسط هو نقطة ساخنة للتنوع البيولوجي البحري. هنا قمنا بدمج تحليل شامل للأدبيات مع آراء الخبراء لتحديث التقديرات المتاحة للجمهور للأنواع الرئيسية في هذا النظام البيئي البحري ومراجعة وتحديث العديد من قوائم الأنواع. كما قمنا بتقييم الأنماط المكانية والزمنية العامة لتنوع الأنواع وحددنا التغييرات والتهديدات الرئيسية. أدرجت نتائجنا ما يقرب من 17000 نوع بحري موجود في البحر الأبيض المتوسط. ومع ذلك، لا تزال تقديراتنا للتنوع البحري غير مكتملة حيث ستتم إضافة الأنواع التي لم يتم وصفها بعد في المستقبل. يتم التقليل بشكل كبير من تنوع الميكروبات، ولا تزال مناطق البحار العميقة وأجزاء من المنطقة الجنوبية والشرقية غير معروفة بشكل جيد. بالإضافة إلى ذلك، فإن غزو الأنواع الغريبة هو عامل حاسم سيستمر في تغيير التنوع البيولوجي للبحر الأبيض المتوسط، ولا سيما في حوضه الشرقي الذي يمكن أن ينتشر بسرعة نحو الشمال والغرب بسبب ارتفاع درجة حرارة البحر الأبيض المتوسط. أظهرت الأنماط المكانية انخفاضًا عامًا في التنوع البيولوجي من المناطق الشمالية الغربية إلى الجنوبية الشرقية بعد تدرج الإنتاج، مع بعض الاستثناءات والحذر بسبب الفجوات في معرفتنا بالحيوانات على طول الحافات الجنوبية والشرقية. كما كان التنوع البيولوجي أعلى بشكل عام في المناطق الساحلية والجروف القارية، ويتناقص مع العمق. أشارت الاتجاهات الزمنية إلى أن الاستغلال المفرط وفقدان الموائل كانا المحركين الرئيسيين للتغيرات التاريخية في التنوع البيولوجي. في الوقت الحاضر، يعد فقدان الموائل وتدهورها، متبوعًا بتأثيرات الصيد والتلوث وتغير المناخ وتغذيتها بالمغذيات وإنشاء أنواع غريبة، من أهم التهديدات ويؤثر على أكبر عدد من المجموعات التصنيفية. ومن المتوقع أن تزداد أهمية كل هذه الآثار في المستقبل، لا سيما تغير المناخ وتدهور الموائل. سلط التحديد المكاني للنقاط الساخنة الضوء على الأهمية البيئية لمعظم أرفف غرب البحر الأبيض المتوسط (ولا سيما مضيق جبل طارق وبحر البوران المجاور) وساحل غرب إفريقيا والبحر الأدرياتيكي وبحر إيجة، والتي تظهر تركيزات عالية من الأنواع المهددة بالانقراض أو المهددة أو المعرضة للخطر. كما أن حوض بلاد الشام، الذي تأثر بشدة بغزو الأنواع، معرض للخطر أيضًا. تمت ترجمة هذا الملخص إلى لغات أخرى (الملف S1).

Data for Ecological Niche Models: Global-scale Environmental parameters at 0.1° and 0.5° resolutions, Presence and Absence Records of 1508 European-seas Species.

AbstractDriven by climate change, marine biodiversity is undergoing a phase of rapid change that has proven to be even faster than changes observed in terrestrial ecosystems. Understanding how these changes in species composition will affect future marine life is crucial for conservation management, especially due to increasing demands for marine natural resources. Here, we analyse predictions of a multiparameter habitat suitability model covering the global projected ranges of >33,500 marine species from climate model projections under three CO2 emission scenarios (RCP2.6, RCP4.5, RCP8.5) up to the year 2100. Our results show that the core habitat area will decline for many species, resulting in a net loss of 50% of the core habitat area for almost half of all marine species in 2100 under the high‐emission scenario RCP8.5. As an additional consequence of the continuing distributional reorganization of marine life, gaps around the equator will appear for 8% (RCP2.6), 24% (RCP4.5), and 88% (RCP8.5) of marine species with cross‐equatorial ranges. For many more species, continuous distributional ranges will be disrupted, thus reducing effective population size. In addition, high invasion rates in higher latitudes and polar regions will lead to substantial changes in the ecosystem and food web structure, particularly regarding the introduction of new predators. Overall, our study highlights that the degree of spatial and structural reorganization of marine life with ensued consequences for ecosystem functionality and conservation efforts will critically depend on the realized greenhouse gas emission pathway.

Les données sur la biodiversité et la conservation sont généralement coûteuses à collecter, en particulier dans le domaine marin. Par conséquent, les données collectées pour un objectif scientifique donné sont parfois utilisées pour répondre à des besoins secondaires, tels que la mise en œuvre de politiques ou d'autres types de prise de décision. Cependant, bien que la qualité et l'accessibilité des données sur la biodiversité marine et la conservation se soient améliorées au cours de la dernière décennie, les façons dont ces données peuvent être utilisées pour élaborer et mettre en œuvre des mesures et des actions de gestion et de conservation pertinentes ne sont pas toujours explicites. Pour cette raison, il existe un certain nombre d'ensembles de données scientifiquement solides qui ne sont pas utilisés systématiquement pour éclairer les politiques et les décisions. La transformation de ces ensembles de données sur la biodiversité marine et la conservation en produits de connaissances qui transmettent les informations requises par les décideurs et les décideurs est une étape importante dans le renforcement de l'échange de connaissances à travers l'interface science-politique. Ici, nous identifions sept caractéristiques d'une sélection de produits de connaissances en ligne sur la biodiversité et la conservation qui contribuent à leur capacité à soutenir les politiques et la prise de décision dans le domaine marin (telles que mesurées par exemple par les mentions dans les résolutions/décisions politiques ou l'utilisation pour les rapports dans le cadre de certains instruments politiques ; utilisation dans le filtrage de haut niveau pour les domaines d'importance pour la biodiversité). Ces caractéristiques comprennent : un mandat politique clair ; des réseaux de collaborateurs établis ; la co-conception itérative d'une interface conviviale ; des méthodes normalisées, complètes et documentées avec assurance qualité ; une capacité cohérente et une planification de la relève ; des données accessibles et des produits à valeur ajoutée adaptés à l'objectif ; et des mesures d'utilisation rassemblées et rapportées. Les résultats de cet examen visent à : (a) aider les créateurs/propriétaires/fournisseurs de données à concevoir et à organiser des produits de connaissances sur la biodiversité et la conservation qui ont une plus grande influence, et donc un impact, sur les politiques et la prise de décision, et (b) fournir des recommandations sur la manière dont les décideurs et les décideurs peuvent soutenir le développement, la mise en œuvre et la durabilité de produits robustes de connaissances sur la biodiversité et la conservation à travers l'élaboration de politiques marines et de cadres décisionnels. La recopilación de datos sobre biodiversidad y protección suele ser costosa, especialmente en el ámbito marino. Por lo tanto, los datos recopilados para un propósito dado, a menudo científico, ocasionalmente se contribuyen a necesidades secundarias, como la implementación de políticas u otros tipos de toma de decisiones. Sin embargo, si bien la calidad y la accesibilidad de los datos sobre biodiversidad marina y protección han mejorado en la última década, las formas en que estos datos se pueden utilizar para desarrollar e implementar medidas y acciones de gestión y protección relevantes no siempre son explícitas. Por esta razón, hay una serie de conjuntos de datos científicamente sólidos que no se utilizan sistemáticamente para informar las políticas y las decisiones. Transformar estos conjuntos de datos sobre biodiversidad marina y conservación en productos de conocimiento que transmitan la información requerida por los responsables de la formulación de políticas y la toma de decisiones es un paso importante para fortalecer el intercambio de conocimientos a través de la interfaz ciencia-política. Aquí, identificamos siete características de una selección de productos de conocimiento en línea sobre biodiversidad y conservación que contribuyen a su capacidad para apoyar las políticas y la toma de decisiones en el ámbito marino (según lo medido, por ejemplo, por las menciones en las resoluciones/decisiones de políticas, o el uso para la presentación de informes en virtud de instrumentos de política seleccionados; uso en la detección de alto nivel para áreas de importancia para la biodiversidad). Estas características incluyen: un mandato político claro; redes establecidas de colaboradores; co-diseño iterativo de una interfaz fácil de usar; métodos estandarizados, integrales y documentados con garantía de calidad; capacidad consistente y planificación de sucesión; datos accesibles y productos de valor agregado que son adecuados para el propósito; y métricas de uso cotejadas e informadas. Los resultados de esta revisión tienen como objetivo: (a) apoyar a los creadores/propietarios/proveedores de datos en el diseño y la selección de productos de conocimiento sobre biodiversidad y conservación que tengan mayor influencia y, por lo tanto, impacto en las políticas y la toma de decisiones, y (b) proporcionar recomendaciones sobre cómo los responsables de la toma de decisiones y políticas pueden apoyar el desarrollo, la implementación y la sostenibilidad de productos sólidos de conocimiento sobre biodiversidad y conservación a través de la formulación de políticas marinas y marcos de toma de decisiones. Biodiversity and conservation data are generally costly to collect, particularly in the marine realm. Hence, data collected for a given—often scientific—purpose are occasionally contributed towards secondary needs, such as policy implementation or other types of decision-making. However, while the quality and accessibility of marine biodiversity and conservation data have improved over the past decade, the ways in which these data can be used to develop and implement relevant management and conservation measures and actions are not always explicit. For this reason, there are a number of scientifically-sound datasets that are not used systematically to inform policy and decisions. Transforming these marine biodiversity and conservation datasets into knowledge products that convey the information required by policy- and decision-makers is an important step in strengthening knowledge exchange across the science-policy interface. Here, we identify seven characteristics of a selection of online biodiversity and conservation knowledge products that contribute to their ability to support policy- and decision-making in the marine realm (as measured by e.g. mentions in policy resolutions/decisions, or use for reporting under selected policy instruments; use in high-level screening for areas of biodiversity importance). These characteristics include: a clear policy mandate; established networks of collaborators; iterative co-design of a user-friendly interface; standardised, comprehensive and documented methods with quality assurance; consistent capacity and succession planning; accessible data and value-added products that are fit-for-purpose; and metrics of use collated and reported. The outcomes of this review are intended to: (a) support data creators/owners/providers in designing and curating biodiversity and conservation knowledge products that have greater influence, and hence impact, in policy- and decision-making, and (b) provide recommendations for how decision- and policy-makers can support the development, implementation, and sustainability of robust biodiversity and conservation knowledge products through the framing of marine policy and decision-making frameworks. إن جمع بيانات التنوع البيولوجي والحفظ مكلف بشكل عام، لا سيما في المجال البحري. وبالتالي، فإن البيانات التي يتم جمعها لغرض علمي معين في كثير من الأحيان تساهم أحيانًا في تلبية الاحتياجات الثانوية، مثل تنفيذ السياسات أو أنواع أخرى من صنع القرار. ومع ذلك، في حين تحسنت جودة بيانات التنوع البيولوجي البحري والحفظ وإمكانية الوصول إليها على مدى العقد الماضي، فإن الطرق التي يمكن بها استخدام هذه البيانات لتطوير وتنفيذ تدابير وإجراءات الإدارة والحفظ ذات الصلة ليست واضحة دائمًا. لهذا السبب، هناك عدد من مجموعات البيانات السليمة علميًا التي لا يتم استخدامها بشكل منهجي لإبلاغ السياسات والقرارات. يعد تحويل مجموعات بيانات التنوع البيولوجي البحري والحفظ هذه إلى منتجات معرفية تنقل المعلومات المطلوبة من قبل صانعي السياسات والقرارات خطوة مهمة في تعزيز تبادل المعرفة عبر واجهة العلوم والسياسات. هنا، نحدد سبع خصائص لمجموعة مختارة من المنتجات المعرفية للتنوع البيولوجي والحفظ عبر الإنترنت والتي تساهم في قدرتها على دعم السياسات وصنع القرار في المجال البحري (كما تم قياسها على سبيل المثال بالإشارات في قرارات/مقررات السياسة، أو استخدامها للإبلاغ بموجب أدوات سياسة مختارة ؛ واستخدامها في الفحص رفيع المستوى للمجالات ذات أهمية التنوع البيولوجي). وتشمل هذه الخصائص: تفويض واضح للسياسة ؛ وشبكات راسخة من المتعاونين ؛ وتصميم مشترك تكراري لواجهة سهلة الاستخدام ؛ وأساليب موحدة وشاملة وموثقة مع ضمان الجودة ؛ وتخطيط متسق للقدرات والتعاقب ؛ وبيانات يمكن الوصول إليها ومنتجات ذات قيمة مضافة مناسبة للغرض ؛ ومقاييس الاستخدام التي تم جمعها والإبلاغ عنها. تهدف نتائج هذا الاستعراض إلى: (أ) دعم منشئي/مالكي/مقدمي البيانات في تصميم وتنسيق منتجات معارف التنوع البيولوجي والحفظ التي لها تأثير أكبر، وبالتالي تأثير، في صنع السياسات وصنع القرار، و (ب) تقديم توصيات حول كيفية دعم صانعي القرار والسياسات لتطوير وتنفيذ واستدامة منتجات معرفية قوية للتنوع البيولوجي والحفظ من خلال صياغة السياسات البحرية وأطر صنع القرار.

Data for Ecological Niche Models: Global-scale Environmental parameters at 0.1° and 0.5° resolutions, Presence and Absence Records of 1508 European-seas Species. Used to produce the data in 10.5281/zenodo.7361122 and 10.5281/zenodo.7361024