Adaptation responses of marine social-ecological systems linked to hotspots of rapid biodiversity change

Abstract

Climate change-driven ocean warming is currently the greatest driver of change in global biodiversity, causing changes in species abundance and distribution. Fish and other marine animals have already shifted into new regions at an average rate of 70 km per decade; shifts are predicted to continue or accelerate in the future. These shifts in geographical distribution are most evident in regions comprising a mixture of warm- and cold-affinity species with local populations at or near their minimum and maximum thermal tolerances, respectively, such as biogeographical transitions zones (BTZs). Meanwhile, the tropics and pole-facing margins of semi-enclosed seas are predicted to show a net loss of marine species as local species move away from these regions due to rising ocean temperatures and, being unconnected to warmer environments, they cannot be replaced by other species. To what extent coastal communities are or will be affected by these diversity and distribution changes depends on the local manifestations of climate change, the degree to which people depend on the affected resources, and their capacity to adapt). To date, most of the coastal adaptation literature looks at potential adaptation options and performs modelling approaches, with very few examples of real actions that take place as a response to climate change impacts. Therefore, the objective of my Ph.D. is to understand how rapid biodiversity change due to climate change warming in coastal areas is affecting fisheries and the communities that depend upon them. To do this, I propose to use a multi-disciplinary approach where two case studies (one BTZ and one tropical) will be evaluated using methods from natural and social sciences. Firstly, I will analyze ongoing changes in marine communities linked to climate change and other human stressors, and project possible future outcomes under a range of emission scenarios. Following, I plan to explore the set of human adaptation responses already in place, based on the species shifts identified. At the same time, the adaptive capacity of the SESs in the case study areas will be explored following both the six adaptive capacity domains proposed by Cinner et al. (2018) and Cinner and Barnes, and the capital accumulation framework proposed by Holling (2001) and Abel et al. (2006). At the end, I will analyze the scope of the adaptations responses under different future emission scenarios by testing whether these responses amplify of dampen the adaptive capacity of the respective social-ecological system, recognizing possible maladaptations. Sustainability science and practices are increasingly applying a social-ecological lens to battle the conservation and development challenges of the 21st century such as climate change. Through my Ph.D., I aim to not only contribute to the coupling of the social and ecological analysis, by embedding both scientific fields throughout the different research steps but also provide empirical data on the scope of the climate change responses in place, and on the SESs traits that lead to maladaptation.

El calentamiento de los océanos provocado por el cambio climático es actualmente el mayor impulsor del cambio de la biodiversidad mundial, que provoca cambios en la abundancia y distribución de las especies. Los peces y otros animales marinos ya se han desplazado a nuevas regiones a un ritmo medio de 70 km por década; se prevé que los desplazamientos continúen o se aceleren en el futuro. Esos cambios en la distribución geográfica son más evidentes en las regiones que comprenden una mezcla de especies de afinidad por el calor y el frío con poblaciones locales en su tolerancia térmica mínima y máxima, respectivamente, como las zonas de transición biogeográfica (ZBT). Mientras tanto, se prevé que los trópicos y los márgenes orientados hacia los polos de los mares semicerrados muestren una pérdida neta de especies marinas a medida que las especies locales se alejan de estas regiones debido al aumento de las temperaturas oceánicas y, al no estar conectadas a entornos más cálidos, no pueden ser reemplazadas por otras especies. La medida en que las comunidades costeras se ven o se verán afectadas por estos cambios de diversidad y distribución depende de las manifestaciones locales del cambio climático, el grado en que las personas dependen de los recursos afectados y su capacidad de adaptación). Hasta la fecha, la mayor parte de la literatura sobre adaptación costera examina las posibles opciones de adaptación y realiza enfoques de modelización, con muy pocos ejemplos de acciones reales que se llevan a cabo como respuesta a los impactos del cambio climático. Por lo tanto, el objetivo de mi doctorado es comprender la rapidez con que el cambio de la biodiversidad debido al calentamiento del cambio climático en las zonas costeras está afectando a las pesquerías y a las comunidades que dependen de ellas.

Para ello, propongo utilizar un enfoque multidisciplinario en el que se evaluarán dos casos de estudio (uno de la zona costera y otro tropical) utilizando métodos de las ciencias naturales y sociales. En primer lugar, analizaré los cambios que se están produciendo en las comunidades marinas relacionados con el cambio climático y otros factores de estrés humano, y proyectaré los posibles resultados futuros en una serie de escenarios de emisión. A continuación, tengo previsto explorar el conjunto de respuestas de adaptación humana que ya están en marcha, basadas en los cambios de especies identificados. Al mismo tiempo, se explorará la capacidad de adaptación de las CSE en las zonas de estudio de casos, siguiendo tanto los seis ámbitos de capacidad de adaptación propuestos por Cinner y otros (2018) y Cinner y Barnes, como el marco de acumulación de capital propuesto por Holling (2001) y Abel y otros (2006). Al final, analizaré el alcance de las respuestas de adaptación en diferentes escenarios de emisiones futuras, comprobando si estas respuestas amplifican o disminuyen la capacidad de adaptación del respectivo sistema socio-ecológico, reconociendo posibles inadaptaciones. La ciencia y las prácticas de la sostenibilidad están aplicando cada vez más una lente socio-ecológica para combatir los desafíos de la conservación y el desarrollo del siglo XXI, como el cambio climático. A través de mi doctorado, pretendo no sólo contribuir al acoplamiento del análisis social y ecológico, integrando ambos campos científicos en las diferentes etapas de la investigación, sino también proporcionar datos empíricos sobre el alcance de las respuestas al cambio climático que se están dando, y sobre los rasgos de los CSE que conducen a la inadaptación.

Actualmente, o quecemento do océano debido ao cambio climático é o maior responsabel do cambio na biodiversidade global, causando cambios na abundancia e distribución de especies. A distribución de peixes e demáis animais mariños cara novas rexións ten unha tasa media de 70Km por década. As prediccións sinalan unha continuidade e aceleración destes câmbios no futuro. Estes cambios na distribución xeográfica son máis evidentes nas rexións onde especies afins a temperaturas frías e especies afins a temperaturas cálidas están mesturadas con poboacións locais que se atopan nos seus limites de tolerancias térmicas ou preto deles, como son por exemplo as zonas de transicións bioxeográficas (Biogeographical Transitions Zones, BTZ, en inglés). Neste senso e según as predicións, as marxes de mares semi-pechados que limitan cos trópicos e cos polos sufrirán unha perda neta de especies mariñas por mor do afastamento das especies locais destas rexións (polo incremento de temperaturas) e en consecuencia a súa desconexión con ambientes mais cálidos, sen poder ser substituídas por outras especies. O nível até o onde as comunidades costeiras son e serán afectadas por estes cambios de diversidade e distribución depende principalmente: 1) das manifestacións locais do cambio climático, 2) do grao de dependencia das persoas sobre recursos afectados, e 3) a capacidade estas persoas de adaptarse. Até a data, a maioría da literatura sobre adaptación costeira céntrase nas opcións potenciais de adaptación e no desenvolvemento de modelos, con moi poucos exemplos de accións reais que teñen lugar como resposta a impactos do cambio climático. Por isto, o obxectivo da miña tese de doutoramento é entender como o cambio rápido de biodiversidade debido ao cambio climático en areas costeiras está afectando as pescarías e as comunidades que dependen delas. Para facer isto, propoño empregar unha aproximación multi-disciplinar onde dous casos de estudo (un caso BTZ e un caso tropical) serán estudados utilizando métodos de ciencias naturais e ciencias sociais. En primeiro lugar, analizarei os cambios actuais en comunidades mariñas vencelladas a cambio climático e outras presións humanas e proxectarei possíbeis resultados baixo futuros escenarios baseados en emisións. En segundo lugar, plantexo explorar o conxunto de respostas existentes sobre adaptación humana nos casos de estudo baseadas nos cambios de especies previamente identificados. Á mesma vez, explorarei as capacidades adaptativas dos SSEs nas áreas do caso de estudo seguindo dous marcos científicos, o marco dos seis domínios de capacidade adaptativa proposto por Cinner et al. (2018) e Cinner e Barnes e o marco de acumulación de capital proposto por Holling (2001) e Abel et al. (2006). O final, analizarei o alcance das respostas de adaptación baixo futuros escenarios de emisión diferentes para probar se estas respostas amplifican ou diminúen as capacidades adaptativas do respectivo SSEs, identificando posíbeis maladaptacións. A ciencia da sostentabilidade e as súas prácticas aplícanse cada vez máis dende unha perspectiva socio-ecolóxica para combater os desafios da conservación e do desenvolvemento propios do século XXI como é o caso do cambio climático. Ca miña tese de doutoramento, contribúo non só na integración dunha análise socio-ecolóxica senón tamén proporciono datos empíricos sobre o alcance das respostas existentes do cambio climático e sobre as características dos SSEs que camiñan cara maladaptacións.