title: Effects of environmental change on Echinocyamus pusillus in Holocene sediment records from the northern Adriatic Sea
Creators: name: Bachmann, Bettina
Publisher: name: :none
Year: 2024

description: Die Auswirkungen langfristiger menschlicher Stressfaktoren auf die Populationen benthischer Meeresorganismen sind im Allgemeinen schwer zu evaluieren, da nur wenige systematische Langzeitdaten vorliegen. Die jüngsten fossilen Archive, die in marinen Sedimentproben erhalten sind, stellen ein wichtiges historisches Archiv dar, das ermöglicht, die ökologischen Auswirkungen natürlicher Umweltveränderungen während des Holozäns zu verfolgen und den Zustand von Populationen vor dem Beginn menschlicher Einflüsse zu rekonstruieren. Die meisten Studien, die diese paläoökologischen Archive nutzen, konzentrieren sich jedoch auf Mikrofossilien- oder Molluskengemeinschaften, während die Dynamik anderer wichtiger Komponenten mariner Ökosysteme, wie z.B. die der Echinodermata, nur begrenzt Studien vor. In dieser Arbeit werden die gut erhaltenen Gehäuse des infaunalen clypeasteroiden Seeigels, Echinocyamus pusillus, in Sedimentkernen aus der nördlichen Adria untersucht. Die Untersuchung dieser paläoökologischen Archive ermöglicht neue Einblicke in die langfristige Populationsdynamik und die ökologischen Reaktionen dieser weit verbreiteten Art. Wir untersuchen Trends in der Größe und Häufigkeit der Gehäuse von Echinocyamus pusillus und setzen diese in Beziehung zu den sedimentologischen Bedingungen, während der letzten ~ 11.000 Jahre in der nördlichen Adria, wo die küstennahen marinen Lebensräume über einen langen Zeitraum menschlichen Einflüssen ausgesetzt waren. Wir kombinieren diese Daten mit Radiokarbondatierungen mehrerer Exemplare, um ökologische Signale aus den zeitlich durchmischten Ablagerungen zu extrahieren. Sedimentkerne und Sedimentoberflächenproben von vier Stationen decken verschiedene benthische Habitate ab und dokumentieren Umweltveränderungen während der postglazialen Transgression und des holozänen Meeresspiegelstillstands. Dies wurde bereits durch Veränderungen in den Molluskengemeinschaften und durch geochemische Proxydaten belegt. Die Ergebnisse dieser Arbeit deuten auf erhebliche Schwankungen in der Häufigkeit von E. pusillus hin, jedoch auf bemerkenswert stabile Gehäusegrößen über die letzten Jahrtausende und über die verschiedenen Stationen hinweg. Darüber hinaus deuten die Ergebnisse der Altersdatierung darauf hin, dass in der obersten, durchmischten Sedimentschicht kaum Gehäuse aus dem späten 19. und 20. Jahrhundert vorhanden sind. Dies deutet auf einen starken Rückgang der Gehäuseproduktion und damit der Populationsdichte in den letzten 200 Jahren hin. Dieses Muster kann mit dem Beginn starker Umweltveränderungen wie Sedimentsiltation, Eutrophierung und häufigeren hypoxischen Ereignissen in Verbindung gebracht werden. Der rasche Rückgang der Populationen während dieser Zeit, zusammen mit der zeitlichen Durchmischung der fossilen Bestände in den Sedimentkernen, könnte daher das Fehlen von Veränderungen in der Körpergröße erklären. Unsere Ergebnisse bilden eine grundlegende Basis für die Evaluierung der zeitlichen und regionalen Veränderungen der Körpergröße und des Vorkommens von E. pusillus in der nördlichen Adria. Schließlich können sie mit modernen systematischen Aufzeichnungen und Fossildaten aus anderen Regionen verglichen werden, um die natürliche Variabilität der Populationen von den Folgen der jüngsten Intensivierung menschlicher Einflüsse zu unterscheiden.
description: The consequences of prolonged human stressors on populations of marine benthic species are generally difficult to assess due to the paucity of long-term monitoring data. The youngest fossil record, preserved in marine sediment cores and grab samples, provides a rich historical archive that allows tracking ecological responses to natural environmental changes during the Holocene and reconstructing the state of populations prior to the onset of anthropogenic impacts. However, most studies using these paleoecological records focus on microfossil or mollusc assemblages, and only limited knowledge is available on the responses of other key components of marine ecosystems, such as echinoids. This study presents a novel record of well-preserved tests of the infaunal clypeasteroid Echinocyamus pusillus from Holocene marine sediment cores, which provide new insights into the long-term population dynamics and ecological responses of this widely distributed echinoid. We investigate trends in test size and abundance of E. pusillus and relate them to sedimentological conditions during the last ~11,000 years in the shallow northern Adriatic Sea, where coastal marine habitats have been under prolonged anthropogenic pressure. We combine these data with radiocarbon dating of multiple specimens to extract ecological signals from time-averaged assemblages. The sediment cores and grab samples collected from four stations, which cover different benthic habitats, document environmental changes during the post-glacial transgression and Holocene sea-level stillstand, as evidenced by shifts in molluscan assemblages and geochemical proxy records. The data suggest significant fluctuations in E. pusillus abundance but remarkably stable test sizes over the past millennia and across sampling stations. Moreover, the age-dating results indicate a paucity of dead tests originating from the late 19th and 20th centuries in the surface mixed layer. This points to a strong decline in test production and thus population densities over the past ~200 years. This pattern can be linked to the onset of pronounced environmental changes, including siltation, eutrophication, and increased frequency of hypoxic events. Rapid decline of populations during that time combined with temporal mixing of fossil assemblages may thus explain the overall lack of body size shifts observed in sediment cores. Our results provide a fundamental baseline for evaluating temporal and spatial changes in body size and abundance of E. pusillus in the northern Adriatic Sea. They can be compared with recent monitoring and fossil data from other areas and serve to disentangle natural population variability from responses to recent intensification of human impact.