DOI: https://doi.org/10.3391/bir.2024.13.2.08
تاريخ النشر: 2024-01-01
المؤلف: Giancarlo Bellissimo وآخرون
الموضوع الرئيسي: بيولوجيا النباتات البحرية والساحلية
نظرة عامة
الأعشاب البحرية البنية *Rugulopteryx okamurae* (Dictyotales, Ochrophyta)، التي نشأت في المحيط الهادئ، ظهرت كنوع غازي مهم في البيئات البحرية الأوروبية منذ إدخالها عبر مضيق جبل طارق في عام 2015. توثق هذه الدراسة أول تحديد مؤكد من الناحية الشكلية والجينية لـ *R. okamurae* في إيطاليا، تحديدًا على طول الساحل الشمالي الغربي لصقلية في خليج باليرمو. تم العثور على النوع كمواد عائمة وأيضًا كأحد السكان المستقرين على *Posidonia oceanica*، مما يشير إلى حد توزيع شرقي جديد في البحر الأبيض المتوسط، تم ملاحظته سابقًا فقط في مرسيليا، فرنسا.
تشير نموذج توزيع الملاءمة إلى أن مناطق واسعة من البحر الأبيض المتوسط الغربي – بما في ذلك جزر البليار وكورسيكا وسردينيا وأجزاء من الساحل الأفريقي الشمالي – مواتية للغاية لانتشار *R. okamurae*. تحدد الدراسة التيارات البحرية والأنشطة البحرية، وخاصة الصيد، كالعوامل الرئيسية لهذه الغزوة، مدعومة بمتغيرات مثل سرعة التيار والقرب من موانئ الصيد. تؤكد النتائج التهديدات البيئية والاجتماعية والاقتصادية المحتملة التي تشكلها هذه الأنواع الغازية، خاصة في البحر الأبيض المتوسط المركزي والشرقي، وتدعو إلى اتخاذ تدابير وقائية منسقة تشمل أصحاب المصلحة في قطاع الصيد للتخفيف من انتشارها الإضافي.
مقدمة
إن إدخال الأنواع الغريبة إلى موائل جديدة، وخاصة من خلال الأنشطة البشرية، يشكل تهديدات كبيرة للتنوع البيولوجي والأنظمة الاجتماعية والاقتصادية، حيث تتسبب الأنواع الغازية في آثار بيئية واقتصادية واسعة النطاق (Simberloff et al. 2013; Anton et al. 2019). البحر الأبيض المتوسط، الذي يتميز بحركة بحرية عالية وارتباطات بمناطق جغرافية حيوية متنوعة، معرض بشكل خاص، حيث يستضيف أكثر من ألف نوع غير محلي بمعدل متزايد من الإدخالات الجديدة، بمتوسط 21 نوعًا سنويًا من 2012 إلى 2017 (Zenetos et al. 2022a). من الجدير بالذكر أن ثلاثة من كل أربعة أنواع تم إدخالها تتمكن من الاستقرار، حيث أن العديد منها ينشأ من المحيط الهندي الغربي (Tsiamis et al. 2018).
تعد Rugulopteryx okamurae، وهي أعشاب بحرية بنية من المناطق شبه الاستوائية، مثالاً على نوع غازي مقلق في هذه المنطقة، حيث تم تسجيلها لأول مرة في البحر الأبيض المتوسط في عام 2016 وانتشرت بسرعة على طول السواحل (Altamirano et al. 2016). تسهم قدرتها على التكاثر نباتيًا ومن خلال التكاثر اللاجنسي في إمكاناتها الغازية، مما يؤدي إلى اضطرابات بيئية كبيرة وخسائر اقتصادية في قطاعات مثل الصيد والسياحة (CIRCABC 2020; MITECO 2022). تسجل الدراسة الحالية أول سجل لـ R. okamurae في صقلية، مما يشير إلى أقصى شرق لتوزيع هذا النوع في البحر الأبيض المتوسط، وتبرز الحاجة الملحة لنظام إنذار مبكر وتدابير تحكم منسقة للتخفيف من انتشاره وتأثيره في المنطقة.
طرق
توضح قسم “المواد والطرق” تصميم التجربة والإجراءات المستخدمة في الدراسة. تتفصل المواد المحددة المستخدمة، بما في ذلك أي مواد كيميائية، عينات بيولوجية، أو معدات، بالإضافة إلى البروتوكولات المتبعة لضمان إمكانية التكرار. قد يصف القسم أيضًا الطرق الإحصائية المطبقة لتحليل البيانات، بما في ذلك أي برامج تم استخدامها ومعايير الدلالة.
بالإضافة إلى ذلك، يجب أن توضح المنهجية الظروف التجريبية، مثل درجة الحرارة، والمدة، وأي ضوابط تم تنفيذها للتحقق من النتائج. هذه الوصف الشامل ضروري لتمكين الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة والتحقق من نتائجها. بشكل عام، فإن صرامة الطرق المستخدمة أمر حاسم لموثوقية وصلاحية نتائج البحث.
نتائج
تؤكد نتائج الدراسة تحديد الأعشاب البحرية الغازية البنية *R. okamurae* من خلال التحليل الشكلي والتشريحي للعينات المجمعة من مواقع مختلفة على طول الساحل الصقلي. أظهرت الأجزاء بنية مسطحة، شريطية، ومتفرعة، تصل ارتفاعاتها إلى 18 سم، وتتميز بلون بني مصفر ونظام ارتباط جذري. تم تحديد نوعين متميزين: نوع سميك من المواد العائمة، يتميز بأكثر من أربع خلايا نسيجية عند الحافة وفروع واسعة (حتى 1 سم)، ونوع رقيق من السكان المستقرين، مع 2-3 خلايا نسيجية وفروع أضيق (< 0.5 سم). من الجدير بالذكر أن هناك تكاثرًا نباتيًا موجودًا، ولكن لم يتم ملاحظة أي هياكل تكاثرية لاجنسية أو جنسية. أشارت التحليلات الجزيئية من خلال بحث BLAST عن تسلسلات جينات *psbA* و *rbcL* إلى تطابق بنسبة 99% إلى 100% مع عينات عالمية من *R. okamurae*، مما يثبت تحديد النوع على مستوى الأنواع. وُجد أن السكان الغازيين يمتدون على بقع صغيرة من *P. oceanica*، يتنافسون مع النباتات المحلية ويظهرون تغطية كبيرة (حوالي 60%) على ركائز متنوعة، بما في ذلك الحواجز البحرية. تبرز الدراسة الآثار البيئية لـ *R. okamurae* حيث تغزو وتتفاعل مع النظم البيئية البحرية المحلية، مع تسجيل درجات حرارة المياه عند 27 °م أثناء جمع العينات. تم إيداع التسلسلات الجينية الجديدة في NCBI GenBank تحت أرقام الوصول OR578566-OR578567.
مناقشة
تناقش الدراسة الإدخال الأخير والتوسع نحو الشرق للأعشاب البحرية الغازية *Rugulopteryx okamurae* في البحر الأبيض المتوسط، وتحديدًا وجودها المسجل لأول مرة في صقلية، إيطاليا، في يونيو 2023. أكدت التحليلات الشكلية والجينية هوية النوع، حيث كشفت تسلسلات الحمض النووي عن علاقة وثيقة مع العينات الأطلسية. تشير النتائج إلى أن التيارات البحرية قد تسهل الانتشار على مسافات طويلة لهذا النوع، مما يسمح له بالوصول إلى مناطق جديدة، بما في ذلك ساحل صقلية، حيث وُجد في كل من الكتلة العائمة والسكان المستقرين تحت الماء. تبرز الدراسة أيضًا الدور المحتمل للعوامل البشرية، مثل النقل البحري وأنشطة الصيد، في إدخال النوع، خاصة بالنظر إلى قرب مواقع الاكتشاف من الموانئ الرئيسية.
علاوة على ذلك، تم استخدام نهج نمذجة التوزيع لتقييم الملاءمة البيئية لـ *R. okamurae*، مما يشير إلى أن جزءًا كبيرًا من البحر الأبيض المتوسط الغربي مواتٍ لاستقراره. كانت المتغيرات الرئيسية التي تؤثر على النموذج تشمل سرعة التيار والقرب من موانئ الصيد، حيث أظهر النموذج قدرة تمييز عالية (AUC > 0.88). يؤكد المؤلفون الحاجة الملحة لاستراتيجيات الإدارة للتخفيف من آثار هذه الأنواع الغازية، التي تسببت بالفعل في اضطرابات بيئية واقتصادية كبيرة في مناطق أخرى. يدعون إلى اتخاذ تدابير وقائية، بما في ذلك التعاون مع قطاع الصيد والسلطات المينائية، للسيطرة على انتشار *R. okamurae* وحماية المواطن البحرية الضعيفة.
DOI: https://doi.org/10.3391/bir.2024.13.2.08
Publication Date: 2024-01-01
Author(s): Giancarlo Bellissimo et al.
Primary Topic: Marine and coastal plant biology
Overview
The brown seaweed *Rugulopteryx okamurae* (Dictyotales, Ochrophyta), originally from the Pacific Ocean, has emerged as a significant invasive species in European marine environments since its introduction via the Strait of Gibraltar in 2015. This study documents the first confirmed morphological and genetic identification of *R. okamurae* in Italy, specifically along the north-western coast of Sicily in the Gulf of Palermo. The species was found both as drift material and as an established population on *Posidonia oceanica*, marking a new eastern distribution limit in the Mediterranean, previously noted only in Marseilles, France.
A favorability distribution model indicates that large areas of the western Mediterranean—including the Balearic Islands, Corsica, Sardinia, and parts of the northern African coast—are highly conducive to the spread of *R. okamurae*. The study identifies sea currents and maritime activities, particularly fishing, as the primary vectors for this invasion, supported by variables such as current velocity and proximity to fishing ports. The findings underscore the potential ecological and socio-economic threats posed by this invasive species, particularly in the central and eastern Mediterranean, and advocate for coordinated preventive measures involving stakeholders in the fishing sector to mitigate further spread.
Introduction
The introduction of alien species into new habitats, particularly through anthropogenic activities, poses significant threats to biodiversity and socio-economic systems, with invasive species causing extensive ecological and economic impacts (Simberloff et al. 2013; Anton et al. 2019). The Mediterranean Sea, characterized by high maritime traffic and connections to diverse biogeographical regions, is particularly vulnerable, hosting over a thousand non-native species with an increasing rate of new introductions, averaging 21 species per year from 2012 to 2017 (Zenetos et al. 2022a). Notably, three out of four introduced species manage to establish themselves, with many originating from the Indo-Western Pacific (Tsiamis et al. 2018).
Rugulopteryx okamurae, a subtropical brown seaweed, exemplifies a concerning invasive species in this region, having first been recorded in the Mediterranean in 2016 and rapidly spreading along the coasts (Altamirano et al. 2016). Its ability to proliferate vegetatively and through asexual reproduction contributes to its invasive potential, leading to significant ecological disruptions and economic losses in sectors such as fishing and tourism (CIRCABC 2020; MITECO 2022). The current study reports the first record of R. okamurae in Sicily, marking the easternmost distribution of this species in the Mediterranean, and highlights the urgent need for an early warning system and coordinated control measures to mitigate its spread and impact in the region.
Methods
The “Materials and Methods” section outlines the experimental design and procedures employed in the study. It details the specific materials used, including any reagents, biological samples, or equipment, as well as the protocols followed to ensure reproducibility. The section may also describe the statistical methods applied for data analysis, including any software utilized and the criteria for significance.
Additionally, the methodology should clarify the experimental conditions, such as temperature, duration, and any controls implemented to validate the results. This thorough description is essential for enabling other researchers to replicate the study and verify its findings. Overall, the rigor of the methods employed is crucial for the reliability and validity of the research outcomes.
Results
The results of the study confirm the identification of the invasive brown seaweed *R. okamurae* through morphological and anatomical analysis of samples collected from various sites along the Sicilian coast. The thalli exhibited a flat, ribbon-like, and dichotomous structure, reaching heights of up to 18 cm, characterized by a yellow-brown coloration and a stoloniferous attachment system. Two distinct morphotypes were identified: a thick morphotype from drifted material, featuring more than four medullar cells at the margin and wide branches (up to 1 cm), and a thin morphotype from established populations, with 2-3 medullar cells and narrower branches (< 0.5 cm). Notably, vegetative propagules were present, but no asexual or sexual reproductive structures were observed. Molecular analysis through BLAST searches of *psbA* and *rbcL* gene sequences indicated a 99% to 100% identity with global *R. okamurae* specimens, validating the species-level identification. The invasive populations were found to extend over small patches of *P. oceanica*, competing with native flora and exhibiting significant coverage (approximately 60%) on various substrates, including breakwaters. The study highlights the ecological implications of *R. okamurae* as it invades and interacts with local marine ecosystems, with water temperatures recorded at 27 °C during sample collection. The newly obtained genetic sequences have been deposited in NCBI GenBank under accession numbers OR578566-OR578567.
Discussion
The study discusses the recent introduction and eastward expansion of the invasive seaweed *Rugulopteryx okamurae* in the Mediterranean Sea, specifically its first recorded presence in Sicily, Italy, in June 2023. Morphological and genetic analyses confirmed the species’ identity, with DNA sequencing revealing a close relationship to Atlantic specimens. The findings suggest that marine currents may facilitate the long-distance dispersal of this species, allowing it to reach new areas, including the coast of Sicily, where it was found in both drifted biomass and established underwater populations. The study also highlights the potential role of anthropogenic vectors, such as maritime transport and fishing activities, in the species’ introduction, particularly given the proximity of the discovery sites to major ports.
Furthermore, a distribution modeling approach was employed to assess the environmental favorability for *R. okamurae*, indicating that much of the western Mediterranean is conducive to its establishment. Key variables influencing the model included current velocity and proximity to fishing ports, with the model demonstrating high discrimination capacity (AUC > 0.88). The authors emphasize the urgent need for management strategies to mitigate the impacts of this invasive species, which has already caused significant ecological and socioeconomic disruptions in other regions. They advocate for preventive measures, including collaboration with the fishing sector and port authorities, to control the spread of *R. okamurae* and protect vulnerable marine habitats.