Summary
Compreender padrões espíteis na dinâmica populacional do caranguejo verde é essencial para prever e gerenciar os impactos ecológicos e econômicos dessas espécies invasoras prejudiciais. Este protocolo foi desenvolvido em um esforço para criar um método padronizado para avaliar populações de caranguejos verdes na zona intertidacita rochosa do Atlântico Noroeste.
Abstract
Espécies invasoras causaram grandes interrupções nos ecossistemas em todo o mundo. O caranguejo verde europeu invadiu a América do Norte em 1800 e é considerado um dos 100 piores invasores do mundo pela IUCN. Observações da dinâmica populacional de caranguejos verdes espiotemporais são essenciais para prever e gerenciar os impactos ecológicos e econômicos desta espécie invasora prejudicial. Este protocolo foi desenvolvido em um esforço para criar um método padronizado para avaliar a dinâmica da população de caranguejos verdes na zona intertidal rochosa da Nova Inglaterra e do Canadá Atlântico. O protocolo foi projetado para ser acessível a vários usuários, incluindo pesquisadores, educadores, estudantes e cientistas cidadãos. Embora tenha sido projetado para o levantamento de populações de caranguejos, este protocolo é fácil de adaptar e poderia ser usado para qualquer número de espécies intertidais. Os dados resultantes coletados por este protocolo têm uma ampla gama de usos, incluindo para informar pesquisas ecológicas, esforços de conservação, estratégias de mitigação e desenvolvimento da pesca, bem como para fins de divulgação educacional.
Introduction
Invasões biológicas podem potencialmente interromper as interações de espécies e processos ecológicos, podendo ter consequências ecológicas1,,2,,3 e econômicas4. A capacidade de prever, mitigar e adaptar-se com sucesso às invasões depende fortemente da caracterização da dinâmica populacional espacial5. Enquanto existem uma série de ferramentas (por exemplo, genética populacional, isótopos estáveis) e estão surgindo (por exemplo, eDNA) para o rastreamento de espécies invasoras, as técnicas tradicionais de monitoramento in situ continuam a ser amplamente utilizadas para avaliar a distribuição e abundância de espécies invasoras.
O caranguejo verde europeu (Carcinus maenas) é uma espécie invasora que foi detectada pela primeira vez na América do Norte em 1817 e invadiu com sucesso ecossistemas em todo o mundo6,7. Os caranguejos verdes têm uma infinidade de impactos negativos nos ecossistemas locais, incluindo a redução das populações nativas de bivalve através da predação8,,9, competindo com crustáceos nativos para alimentação e abrigo10,,11,12 e destruição do habitat da grama de enguia e subsequentes alterações na estrutura comunitária dos peixes12,,13,,14. A composição dessas questões é a ligação entre o aumento da temperatura e o aumento da abundância de caranguejos verdes e/ou expansão da faixa15,16, que teve graves consequências ecológicas e socioeconômicas em áreas como o Golfo do Maine, onde o aquecimento está ocorrendo mais rápido que 99% dos outros oceanos do mundo17.
Na costa leste da América do Norte, caranguejos verdes variam da Virgínia à Terra Nova. Eles são mais comumente encontrados em margens protegidas por ondas, estuários e embayments em profundidades que variam do nível da maré alta a 5-6 m18. Sua presença na zona intertidal faz deles uma espécie marinha ideal para pesquisas costeiras. A característica mais distintiva usada para identificar caranguejos verdes é o padrão de cinco espinhas ou "dentes" em cada lado dos olhos e três espinhas entre os olhos (ver apêndice 1). Sua carapaça (lado dorsal) é tipicamente um verde escuro e marrom manchado, mas os padrões de cor ventral podem variar muito (ver apêndice 2).
Existem muitas organizações, pesquisadores, grupos de cientistas cidadãos e educadores que atualmente realizam o monitoramento da população de caranguejos verdes. No entanto, a falta de um protocolo padronizado dificulta a comparação de conjuntos de dados e, em última instância, a compreensão das populações de caranguejos verdes em escala local e regional. Este protocolo foi projetado para quantificar a dinâmica populacional espostel de caranguejos verdes na zona intertidacita rochosa na Nova Inglaterra e no Canadá Atlântico. Idealmente, o desenvolvimento de uma pesquisa padronizada, barata e facilmente adaptável promoverá esforços de monitoramento de longo prazo por uma ampla gama de usuários, incluindo pesquisadores, cientistas cidadãos, educadores e estudantes.
Embora os caranguejos verdes sejam as espécies-alvo de interesse neste protocolo, os dados também são coletados para os jonas e caranguejos-rocha nativos(Cancer borealis e Cancer irroratus),bem como o invasivo caranguejo-livre asiático(Hemigrapsus sanguineus). Estas são espécies de caranguejos comumente encontradas na zona intertidacita rochosa no norte da Nova Inglaterra, e as tendências em sua distribuição populacional e abundância têm significado ecológico e econômico. Um Guia Intertidal de Campo de Caranguejo foi desenvolvido juntamente com este protocolo para ajudar na identificação de caranguejos (Apêndice 1) específico do norte da Nova Inglaterra. Uma plataforma de entrada e armazenamento de dados chamada "Intertidal Green Crab Project" também foi desenvolvida para este protocolo usando o Anecdata19. Anecdata é uma plataforma gratuita de ciência cidadã online que fornece soluções móveis e baseadas na Web para coletar e acessar observações, e fornece uma plataforma fácil de usar para coletar, gerenciar e compartilhar dados facilmente.
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Protocol
1. Tempo de trabalho de pesquisa
- Realizar levantamentos entre maio e novembro, durante o auge da produtividade na zona intertidal.
- Agende pesquisas em torno de marés negativas ou zero (geralmente ciclos novos e lua cheia) para permitir tempo adequado na zona intertidal baixa (ou seja, pelo menos 2 horas).
2. Preparação pré-pesquisa
- Localize e imprima todas as guias de campo e folhas de coleta de dados (ver Apêndices) antes de realizar a pesquisa, se esse for o método preferido. Se estiver usando o aplicativo Anecdata para guias de campo e coleta de dados, visite o site da Anecdata e participe do Projeto Caranguejo Verde Intertidal19. A folha de coleta de dados e as categorias de coleta anecdata são idênticas.
3. Seleção e descrição do site
- Local de ação de ondas e o local intertidal rochoso abrigado com paralelepípedos (ou seja, não estáveis, enrolados por ação de ondas) e habitat do dossel de algas. Certifique-se de que há pelo menos 100 m de costa para acomodar a amostragem planejada.
- Regissuço a localização do site de estudo usando uma unidade de sistema de posicionamento global (GPS) ou um dispositivo como um smartphone que tem capacidade gps (por exemplo, muitos aplicativos de bússola são gratuitos para baixar ou já estão pré-programados em smartphones). O site de registro coordena a Ficha técnica da Pesquisa Intertidal (Apêndice 3) ou diretamente no Projeto Caranguejo Verde Intertidal em Anecdata.
- No tempo de maré baixa previsto (determinado a partir do site de Predicações da Maré NOAA ou de um aplicativo como o Tides) execute uma fita transectal de 50 m verticalmente da zona intertidal baixa (ou seja, a zona de respingo) até a zona intertidal alta (ou seja, a zona microalgal preta que é tipicamente seca na maré alta). Divida a distância resultante em três seções iguais: alta, média e baixa(Figura 1). O trecho intertidal baixo, paralelo ao litoral, é a área de amostragem alvo.
- Dentro da zona intertidal baixa, meça uma distância de 100 metros paralela à costa (Figura 2) e estabeleça marcadores permanentes delineando esta zona usando vergalhões ou pontos de referência permanentes naturais, como pedregulhos imóveis, borda, estacas de acoplamento, etc.
4. Realização de levantamento
- Antes de chegar ao site da pesquisa, regissuça as seguintes informações sobre a Ficha técnica da Pesquisa Intertidal (Apêndice 3) ou diretamente no Projeto Caranguejo Verde Intertidal em Anecdata: nome do local, data de amostragem, participantes, hora e altura da maré baixa no local/data a ser amostrado (determinado pelo site da NOAA Tide Predications, ou um aplicativo como Marés), e fase lunar (determinado usando um calendário lunar como www.moongiant.com).
- Ao chegar ao local da vistoria, localize o trecho de 100 metros da costa intertida baixa onde será realizada a vistoria, desembale e organize folhas de dados e guias de campo.
- Opcionalmente, meça a temperatura da água usando um termômetro digital impermeável na água rasa adjacente à área de amostragem.
- Meça a salinidade colocando várias gotas de água coletadas adjacentes à área de amostragem no prisma de refração de um refratômetro de salinidade.
- Recorde da temperatura da água em °C e salinidade em partes por mil (ppt) na Ficha de Dados da Pesquisa Intertidal ou diretamente no Projeto Caranguejo Verde Intertidal no aplicativo Anecdata.
- Inicie o levantamento por acaso lançando o quadrat de 1 m2 dentro da área predefinida da zona intertidal baixa que corre paralelamente ao litoral (não é necessário uma fita transect para realizar o levantamento porque a área da amostra já foi definida). Registre uma estimativa visual do percentual de rocha movevel (ou seja, paralelepípedos/cascalho que você pode olhar por baixo) e cobertura de dossel de algas (por exemplo, Ascophyllum ou Fucus spp.) dentro do quadrat até o quarto porcento próximo (ou seja, 0, 25, 50, 75 ou 100%). Um habitat intertidal rochoso é frequentemente irregular e pode conter áreas de areia, lama, borda ou outros habitats onde caranguejos verdes não são encontrados.
- Para evitar distorcer as estimativas de densidade por amostragem de habitat inadequado, apenas os quadrats amostrais com rochas móveis superiores a 50%, ou mais de 50% de dossel de algas. Evite também áreas de amostragem onde pedregulhos ou bordas são visivelmente elevados acima do perfil do litoral dentro da zona intertidal baixa, pois este habitat pode ser mais representativo da zona intertidal média.
- Dentro de cada quadrat, levante rochas ou paralelepípedos e mova cuidadosamente as algas para procurar caranguejos. Certifique-se de substituir todas as rochas e algas como elas são encontradas. Recolher todos os caranguejos encontrados e armazená-los em um balde até que todo o quadrat tenha sido revistado.
- Identifique as espécies de cada caranguejo usando o Guia intertidal de campo de caranguejo (apêndice 1, ou fonte na plataforma do projeto Anecdata) e registe os códigos de espécie listados na Ficha de Dados da Pesquisa Intertidal (Apêndice 3) ou no Projeto Caranguejo Verde Intertidal no aplicativo Anecdata.
- Meça a largura da carapaça (CW) de cada caranguejo na parte mais larga da carapaça, abrangendo da ponta à ponta das espinhas terminais, até os 1 mm mais próximos usando pinças Vernier.
- Use o abdômen (ou 'avental') no lado ventral do caranguejo para determinar o sexo. Caranguejos machos tendem a ter um abdômen estreito, pontiagudo e caranguejos fêmeas tendem a ter um abdômen mais largo em forma de colmeia(Apêndice 1). Só gravar sexo para caranguejos ≥ 10 mm CW.
- Para todos os caranguejos, número recorde de garras, número de pernas, condição de casca (ou seja, casca dura ou macia como determinado por se a carapaça resiste (dura) ou dá (suave) quando a pressão do dedo é aplicada), e a presença (ou seja, ovigerante) ou ausência de ovos extrudados para fêmeas.
- Opcionalmente, registo a cor para caranguejos verdes, mas não para outras espécies de caranguejos, utilizando o protocolo de cores desenvolvido por Young e Elliot20 (apêndice 2). Este protocolo só deve ser usado se os chips de tinta reais puderem ser originados e trazidos para o campo, pois as versões impressas podem variar substancialmente. Identifique a condição da casca pré-molt para caranguejos verdes usando indicadores externos pré-molt(apêndice 4, ou fonte na plataforma de projeto Anecdata). Os caranguejos verdes pré-molt estão dentro de 3 semanas de fundição e são de particular interesse para a emergente pesca de caranguejo verde de concha macia21,22.
- Devolva todos os caranguejos ao habitat dentro do quadrat uma vez que todas as medidas e características tenham sido registradas.
- Continue por acaso lançando o quadrat dentro da área intertidal baixa predefinida até que um total de 10 m2 seja amostrado. Mova-se continuamente ao longo da área intertidal baixa do litoral e garanta que os quadrats sejam separados por um mínimo de 1 m para que a resamplagem não ocorra e um máximo de 10 m para que a área de vistoria não ultrapasse os 100 m.
5. Gestão e análise de dados
- Se estiver usando folhas de dados, verifique todas as folhas de dados brutas para erros e legibilidade pós-levantamento, fotocópia, digitalização e arquivamento. Use a fotocópia para entrada de dados em uma planilha excel (ver apêndice 5, por exemplo) ou no Projeto Caranguejo Verde Intertidal no Anecdata19. Armazene folhas de dados digitalizadas eletronicamente.
- Realizar análises de dados adequadas à concepção do estudo. Métricas populacionais úteis incluem densidade de caranguejos (número total de caranguejos divididos pelo número total de quadrats amostrados), razão sexual, frequência de tamanho cumulativo, taxa de lesão, razão de condição da casca e taxas gerais de encontro de espécies (por exemplo, % de caranguejos nativos versus invasivos).
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Representative Results
Em 2019, este protocolo foi usado para realizar pesquisas mensais de caranguejo verde intertidal em três locais de maio a novembro (Sandy Point, Yarmouth, ME (43°46'17.92"N, 70° 8'45.52"W), Robinhood Cove, Georgetown, ME (43°48'13.80"N, 69°44'50.97"W), e New Meadows River, West Bath, ME (43°51'17.84"N, 69°51'55.20 "W)), e em um local de maio a agosto (Rio Damariscotta, Walpole, ME (43°56'9.42"N, 69°34'52,75")). Os dados coletados indicaram grandes variações na densidade populacional de caranguejos verdes espaciais e temporais(Figura 3) e razão sexual(Figura 4),bem como diferenças significativas na frequência de tamanho acumulado entre os locais (por exemplo, os caranguejos Damariscotta foram significativamente menores e os caranguejos de Sandy Point foram significativamente maiores do que as outras populações amostradas (teste kolmogorov-smirnov, p < 0,05 para todas as comparações), Figura 5). A condição da concha mudou sazonalmente dentro de cada local, com picos de fases pré-molt e concha macia para os machos na primavera e para as fêmeas na primavera e no outono(Figura 6).
O protocolo também foi utilizado em 2018 e 2019 por alunos da Georgetown Central School 3e 4ª séries que pesquisaram o mesmo site em Georgetown, ME todos os anos em outubro. Eles observaram uma mudança na população de serem dominados por caranguejos do tamanho cw de 5-15 mm em 2018 para caranguejos do tamanho cw de 15-30 mm em 2019 (Figura 7). Eles também observaram um aumento na ocorrência de 3,5% do caranguejo invasivo da costa asiática de 3,5% em 2018 para 9% em 2019 (Figura 8).
Figura 1: Zonação da altura das marés. Diagrama de zona de altura das marés ao longo da costa. Os levantamentos são realizados na zona intertidal baixa (ou seja, o terço inferior da zona intertidal que corre paralelamente ao litoral). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 2: Definindo área de pesquisa. Imagem de um local de pesquisa em Yarmouth, Maine com zonação de maré exibida em amarelo e área de pesquisa em verde. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 3: Densidade de caranguejo verde. Densidade mensal média (#/m2) de caranguejos verdes no rio Damariscotta, New Meadows, Robinhood Cove e sandy point locais de pesquisa intertidal. As barras de erro representam ± erro padrão de 1. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 4: Razão sexual de caranguejo verde. Relação sexual por mês para caranguejos verdes no rio Damariscotta, New Meadows River, Robinhood Cove e Sandy Point locais de pesquisa intertidal. A relação sexual é expressa como a porcentagem da população que é masculina. O "0" verde que aparece em julho indica 0% de caranguejos machos e 100% caranguejos fêmeas em Robinhood Cove naquele mês. O "NA" azul não indica nenhum dado coletado no rio Damariscotta de setembro a novembro. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 5: Frequência do tamanho do caranguejo verde. Frequência de tamanho cumulativo de caranguejos verdes no rio Damariscotta, Rio New Meadows, Robinhood Cove e locais de monitoramento intertidal de Sandy Point durante todos os meses combinados (maio-novembro para o rio Damariscotta, Rio New Meadows, Robinhood Cove e maio-agosto para o rio Damariscotta). Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 6: Razão de condição da Shell. Proporção mensal de condições de conchas de A) fêmeas e B) caranguejos verdes machos no local de monitoramento intertidal do rio New Meadows. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 7: Frequência de tamanho coletada pelo aluno. Frequência de tamanho de caranguejos verdes pesquisados pela Georgetown Central School3ª e4ª séries em 2018 e 2019. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
Figura 8: Ocorrência de espécies. Por cento de ocorrência de espécies de caranguejos pesquisadas pela Georgetown Central School3ª e4ª séries em A) 2018 e B) 2019. Clique aqui para ver uma versão maior desta figura.
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Discussion
Este protocolo descreve um método de pesquisa para avaliar tendências espaciais e temporais de populações de caranguejos na zona intertidacita rochosa que é acessível a vários usuários, incluindo pesquisadores, educadores, estudantes e cientistas cidadãos. Os benefícios deste protocolo incluem: não requer equipamentos especializados ou caros, a metodologia é acessível para uma ampla gama de níveis de habilidade (por exemplo, alunos do3º e4º ano que o utilizaram com sucesso), e pode ser facilmente adaptada para atender às necessidades do pesquisador. Além disso, o uso opcional do Anecdata permite que observações sejam registradas diretamente em uma plataforma de armazenamento de dados e acessadas por uma ampla gama de usuários. Embora a espécie de interesse aqui seja o caranguejo verde europeu invasivo, este protocolo poderia ser usado para qualquer número de espécies intertidais. No entanto, é importante considerar cuidadosamente características e comportamentos únicos de cada espécie alvo ao generalizar esse protocolo.
Muitos cientistas cidadãos e iniciativas de educação que realizam pesquisas costeiras para caranguejos verdes não utilizam uma unidade padrão de medição (por exemplo, quadrat) ou visam uma área específica da costa (por exemplo, zona intertidal baixa), dificultando as comparações espaciais e temporais. Este protocolo utiliza técnicas simples para atingir uma área padronizada ao longo da costa. No entanto, isso também é uma limitação do protocolo, na medida em que métodos mais rigorosos ou equipamentos especializados produziriam medições mais exatas de altura da maré dentro da área de pesquisa. A área de pesquisa é definida como 100 m de costa no baixo intertidal, mas o local deve ser definido ainda como um trecho de costa delimitado por limites naturais ou artificiais que são fáceis de distinguir, ou por uma distância mínima de limite de 300 metros da área de pesquisa. Este é um delineamento importante se os investigadores estão considerando o levantamento de vários locais próximos.
O protocolo também inclui a coleta de medidas detalhadas que podem ser úteis para pesquisadores e gestores. É importante notar que nem todas as medidas serão apropriadas para todos os usuários, como identificar caranguejos verdes pré-molt, o que requer uma quantidade considerável de treinamento. Além disso, a identificação sexual só é recomendada para caranguejos ≥ CW de 10 mm, pois o sexo de menores jovens pode ser difícil de determinar. Embora não faça parte do protocolo, também é recomendado que cientistas cidadãos, estudantes, educadores e outros que possam não estar familiarizados com a espécie-alvo utilizem uma câmera digital para documentar incertezas e permitir a solução de problemas fora do prazo de pesquisa ou para enviar à plataforma Anecdata para revisão.
À medida que as temperaturas dos oceanos continuam aquecendo23,24 e se tornam mais favoráveis para as populações de caranguejos verdes no Golfo do Maine e no Canadá Atlântico15,16, avaliar sua distribuição e abundância será fundamental para estratégias de mitigação e adaptação oportunas. Por exemplo, os esforços recentes para desenvolver uma pesca de caranguejo verde de casca macia que permitiria que as comunidades costeiras se beneficiassem de caranguejos verdes têm se apoiado em dados de monitoramento populacional para determinar quando e onde atingir caranguejos pré-molt e soft-shell21,22. Programas de recompensa e outros esforços de remoção também podem se beneficiar da distribuição e dados de abundância que podem ajudar a determinar a melhor maneira de alocar tempo e recursos. Da mesma forma, os programas municipais de manejo de mariscos frequentemente realizam atividades anuais de conservação, como a reposição de lamas locais com incubatórios de sementes de moluscos e tendências locais de distribuição e abundância de caranguejos verdes poderia informar as melhores práticas para essas medidas de conservação.
Finalmente, este protocolo provou ser uma ferramenta eficaz de divulgação e educação para estudantes e cientistas cidadãos. Além dos alunos do3º e4º ano que utilizam o protocolo há vários anos, ele também tem sido usado com estudantes de graduação da Universidade do Sul do Maine, e voluntários de serviços comunitários dos Laboratórios Idexx. Além disso, uma versão adaptada deste protocolo está sendo usada agora pelo Programa de Sinais Vitais do Instituto de Pesquisa do Golfo do Maine, que faz parceria com estudantes do Maine e cientistas cidadãos para monitorar espécies invasoras. Em última análise, os dados coletados usando este protocolo têm uma ampla gama de usos, incluindo para informar pesquisas ecológicas, esforços de conservação, estratégias de mitigação e desenvolvimento da pesca, bem como para fins de divulgação educacional.
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Disclosures
O autor não tem nada a revelar.
Acknowledgments
Eu gostaria de reconhecer os muitos pesquisadores, alunos, professores e cientistas cidadãos que testaram e me ajudaram a melhorar esse protocolo nos últimos anos: Dr. Gabriela Bradt, Dr. Robert Steneck, Erica Ferrelli, Ethel Wilkerson, Susan Ayers e a Escola Central de Georgetown alunosdo 3º e 4º ano, Julie Upham e os alunos do 4º ano da West Bath, a equipe gmri vital signs, e os Voluntários do Serviço Comunitário Idexx Laboratories.th th Agradeço a Anne Hayden, Caitlin Cleaver e Hannah Webber por fornecerem comentários e sugestões sobre este manuscrito. Agradeço às seguintes fontes de financiamento para apoiar o desenvolvimento e execução deste protocolo: NOAA Saltonstall-Kennedy Grant Program (Grant #NA18NMF4270194), Maine Sea Grant, Robert and Patricia Switzer Foundation, e o Georgetown Island Education Fund. Finalmente, este manuscrito foi muito melhorado graças a comentários e edições fornecidos por três revisores anônimos.
Materials
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| 1 m2 PVC quadrat (1/2" PVC) | Any hardware/home improvement store | PVC can be sourced at any hardware/home improvement store and cut into 1m lengths to form quadrat (4 1/2" PVC elbows will also be needed to connect 1 m lengths into square) | |
| 1/2" rebar | Home depot | 5152 | *optional (for marking low intertidal area) |
| 40 m Fiberglass Transect Tape | Grainger | 3LJX1 | |
| 5 gal bucket | Home depot | 05GLHD2 | |
| Ade Advanced Optics Salinity Refractometer | Amazon | *optional | |
| Clip board | Any office supply store or Amazon | ||
| Uei Waterproof Digital Thermometer | Amazon | *optional | |
| Vernier calipers | Bel-Art | Many companies make calipers, however our preferred brand is Bel-Art which can be sourced on Amazon |
References
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