Fouling amphipods on marine aquaculture facilities: ecological interactions and potential applications

espanolResumen Las estructuras artificiales que conforman las instalaciones de acuicultura en mar abierto suelen ser colonizadas por multitud de organismos marinos, que forman comunidades de fouling caracteristicas en estas estructuras. Muchos estudios se han centrado en la descripcion de los organismos sesiles que se desarrollan sobre cabos, redes y boyas de las instalaciones de acuicultura, debido a los problemas que generan para el cultivo y los costes adicionales que significan para la industria derivados de su necesaria eliminacion. Sin embargo, aunque las comunidades de fouling sesiles han sido bien estudiadas desde el punto de vista de su control en las instalaciones de acuicultura, poco se sabe sobre la epifauna que habita estas estructuras artificiales. Esta tesis se centra en el estudio de los crustaceos anfipodos, los cuales aun no han sido estudiados en cuanto a la composicion de especies y a su relacion con los habitats creados por los organismos sesiles, a pesar de haber sido detectados en grandes abundancias en las instalaciones de acuicultura. Despues de una introduccion general, que establece el marco de estudio, el capitulo uno es un estudio preliminar sobre las comunidades de fouling de las instalaciones de acuicultura en el Mediterraneo, comparandolas con las desarrolladas en otras estructuras artificiales como puertos o plataformas petroliferas. En este capitulo, se demuestra que las comunidades de fouling estan compuestas principalmente por bivalvos, algas, hidrozoos y briozoos y que mas de un 80% de la fauna asociada a estos organismos son anfipodos. Ademas el poblamiento se caracteriza por la presencia de siete especies de anfipodos que son frecuentes y abundantes: Elasmopus rapax, Jassa marmorata, Jassa slatteryi, Ericthonius punctatus, Stenothoe tergestina, Caprella equilibra y Caprella dilatata. Un estudio cuantitativo de las densidades de estos anfipodos se lleva a cabo en el capitulo 2, donde se encuentra que la densidad media es de 176.000 ind.m-2, con maximos de mas de 1.000. 000 ind.m-2. Alli se explora tambien el papel de los macro y microhabitats en mantener dichas poblaciones de anfipodos. El efecto de la modificacion de corrientes sobre las comunidades plantonicas debida a la instalacion de las piscifactorias se analiza en el capitulo 3. En el, se detecto una retencion de los anfipodos planctonicos cerca de las instalaciones, evidenciada por el incremento en las abundancias de hiperidos y de anfipodos migradores desde diferentes habitats bentonicos flotantes. La influencia de las grandes densidades de anfipodos del fouling sobre otros habitats se estudia en los capitulos 4 y 5, donde se observo que el fouling actua como fuente de anfipodos migradores, exportando individuos que colonizan tanto sedimentos defaunados en el fondo marino como otros habitats flotantes cercanos. Finalmente, en el ultimo capitulo se analiza la posibilidad de aprovechar la produccion natural y la conectividad observadas a traves del cultivo de anfipodos como parte de un sistema de acuicultura multitrofica integrada (AMTI) en mar abierto con peces como especie principal. A lo largo de esta tesis, se demuestra que la acuicultura influencia las poblaciones de anfipodos marinos, tanto en el establecimiento de grandes densidades de poblacion como en la conectividad entre las diferentes subpoblaciones. Como resultado, surge una nueva aplicacion comercial de la posibilidad de usar los anfipodos del fouling como biofiltros, reciclando los residuos de la acuicultura dentro de un sistema de acuicultura multitrofica, garantizando asi un desarrollo mas sostenible de la acuicultura en el medio marino. EnglishAbstract Aquaculture facilities involve mooring a large amount of artificial structures in offshore areas, which are colonised by a wide group of marine organisms, forming characteristic fouling communities. Many studies have focused on determining what sessile organisms are able to settle on nets, ropes and buoys, owing to the specific problems they cause and their economic cost to the aquaculture industry. Although sessile fouling communities are well-studied from the point of view of controlling this community on aquaculture facilities, little is known about the epifaunal mobile species inhabiting these artificial structures. This thesis addresses the study of crustacean amphipods, which have been scarcely studied regarding their species composition and relation to the habitats created by the sessile species and despite being detected in high abundances. After the general introduction, which sets the study framework, Chapter 1 is a preliminary study on the composition of fouling assemblages on aquaculture facilities in the Mediterranean Sea, comparing them with others such as those in harbours or offshore structures. Therein, it is shown that fouling communities are made up of mainly bivalves, algae, hydroids and bryozoans and amphipods usually represent more than 80 % of motile fauna associated with these organisms. Moreover, amphipod assemblages are characterised by seven frequent and dominant species: Elasmopus rapax, Jassa marmorata, Jassa slatteryi, Ericthonius punctatus, Stenothoe tergestina, Caprella equilibra and Caprella dilatata. A quantitative study of amphipod densities is carried out in Chapter 2, where mean amphipod densities observed in fish farm fouling amounted to 176,000 ind.m-2 and reached maxima up to 1,000,000 ind.m-2. There, the role of the macro- and microhabitat in supporting such amphipod communities is explored. The effect of the modification of marine currents on pelagic communities due to the introduction of coastal infrastructures is analysed in Chapter 3. Therein, it was detected a retention effect on planktonic amphipods near such facilities, noticeable in the increased abundance of hyperiids and migrating amphipods from different benthic and floating habitats. The influence of fouling amphipods on other habitats is analysed in Chapters 4 and 5, it is shown that fish-farm fouling acts as a source population of amphipods dispersing towards both defaunated sediments in soft-bottoms and surrounding floating habitats. Finally, in the last chapter, based on the possibility of using wild fauna already growing in fish farms, the applicability of amphipods as an accessory culture is tested in an offshore integrated multi-trophic aquaculture (IMTA) system with finfish as main fed species. Throughout this thesis it has been shown that fish-farming activities affect the amphipod assemblage in several ways such as the establishment of high population densities or the intimate connectivity between different subpopulations. As a result, a new potential commercial application arises from the possibility of using them as biofilters of aquaculture wastes, within an off-coast integrated multitrophic aquaculture system, promoting a more sustainable development of aquaculture in the marine environment.