Drivers of fish extinction and colonization on oceanic banks (DRIVEBANKS)

I DRIVEBANKS studerte vi mønstre og drivere av diversitet i fiskesamfunn. Biodiversitet kan øke eller avta avhengig av metoder, organismer og skala (tid og rom). Dette kan gjøre sammenligning av studier vanskelig. Man kan f.eks. finne endringer i samfunnssammensetning selv om artsantall på lokal skala ikke endres. Vi brukte bunntråldata fra Barentshavet (2004-2021), et område på 1.3 millioner km2, samlet inn av HI og PINRO (VNIRO) i årlige økosystemtokt. Vi brukte også data fra Scotian Shelf, Nordvest-Atlanteren for å få kunnskap ikke begrenset til ett system. Begge steder har torsk spilt en viktig rolle, men bestandsutviklingen har vært i motsatt retning, med kraftig økning i Barentshavet og kollaps på Scotian Shelf. Vi fokuserte på grunne offshore banker og betydningen av topografi for mønstre av diversitet i store marine systemer. DRIVEBANKS ble motivert av øyteorier og metoder utviklet for terrestriske økosystemer. Artsantall har vist seg å være relatert til arealet av øyer, og forklaringen på arts-areal forholdet («Species Area Relationship») inkluderer teorier om ekstinksjons- og koloniseringsprosesser, isolasjon, habitat og prøvetakingsfenomener. Det ble spekulert om banker kan betraktes som øylignende strukturer, dvs. undervannsøyer eller fjelltopper i havet, av ulik størrelse, med ulik grad av isolasjon. Banker er topografiske strukturer som kan føre til sirkulasjonsmønstre som fører til økt produktivitet. Banker er viktige områder for enkelte fiskebestander av høy kommersiell verdi. Vi delte Barentshavet inn i regioner, hver med en bank av ulik størrelse og et dypere område rundt. Forskjellen i fiskesamfunn på bank og i området rundt varierte i regionene, men vi fant at bankene ikke kan betraktes som områder med spesielt høy fiskediversitet til tross for at det gjerne er høyere produktivitet knyttet til dem. Det er kjente gradienter i bunntemperatur og fiskesamfunn fra sør til nord-øst i Barentshavet. Det har vært endringer og variasjon mellom år i bunntemperatur og torsk i ulike områder, og også endringer i fiskesamfunn fra 2004, med økning av boreale arter mot nord-øst og reduksjon av arktiske arter i nord. Vi belyste variasjon i fiskesamfunn mellom alle år i tidsserien, og fant en reversering av endringen (dvs. fordeling av boreale/arktiske arter) rundt 2020. Reverseringen kan være kortsiktig, og vi kan trolig forvente endringer i begge retninger på kort sikt. Vi fant at ulike diversitetsmål hadde forskjellige mønstre i ulike regioner. Barentshavet er et dynamisk system som viser reversible endringer over de siste tiårene, med stor romlig heterogenitet i endringer som delvis kan knyttes til enkelte drivere (klima, torsk). Variasjon i tid og rom kan analyseres ved å se på kolonisering og ekstinksjon av arter. Artsrikdom er f.eks. avhengig av balanse mellom kolonisering, som øker rikdommen, og ekstinksjon, som reduserer den. Mens terrestriske økologer har studert disse prosessene i tiår, har slike studier vært sjeldne i marine systemer. Vi brukte oseanografiske sirkulasjonsmodeller for å studere hvilke banker som er forbundet og om de er oppstrøms eller nedstrøms til hverandre. Det er nyttig ved tolkning av kolonisering/ekstinksjon og mulighet for spredning. Modellene viste at bankene har ulik grad av forbindelse, men ingen er helt isolert. Til tross for at bankene i Barentshavet ikke er hot spots av diversitet og trolig ikke bør betraktes som isolerte øylignende strukturer, kan et fokus på drivere av disse underliggende prosessene bidra til dypere, mer mekanistisk forståelse av variasjon og endringer i marine systemer. Vi brukte statistiske modeller som tok hensyn til prøvetaking, og fant stor variasjon i oppdagbarhet av arter. Vi korrigerte for det, og fant f.eks. at kolonisering og persistens av arter økte med areal av banker, men også utenfor banker, som forventet fra teorien. Det gjenstår å integrere resultatene i en modell som forutsier endringene i fiskediversitet over tid. For fiskesamfunn på bankene på Scotian Shelf fant vi et positivt SAR, i samsvar med teoriene. Vi fant at predatorer påvirket SAR for lavere trofiske nivåer, dvs. når predatorer avtar så avtar ekstinksjonsratene for byttedyr. Dette fører igjen til at antall byttedyrarter øker og stigningstallet for SAR øker. For evertebrater fant vi kun et positivt SAR for arter med begrenset spredningsevne, i samsvar med teorien om negativ sammenheng mellom spredningsevne og stigningstall for SAR. At banker kan ha økt produktivitet er kjent for fiskeriene som ofte høster der. Vi initierte et prosjekt i Framsenteret, Tromsø, med fokus på samfunnsvitenskap og kommunikasjon med forvaltningen (2019-2021). Vi kommuniserte med fiskere om hvordan de utnytter bankene og hvilke erfaringer de har om banker og fiskerier. Vi studerte også fiskeriaktivitet basert på VMS og loggbokdata fra den norske kommersielle fiskeflåten (2011-2018). DRIVEBANKS og tilleggsprosjektet bidro til kunnskapsutveksling mellom forskere, fiskere og forvaltningen.

DRIVEBANKS and a project in the Fram Centre adding social science and communication with management resulted in increased interdisciplinary and international collaboration that we will build on in future projects. DRIVEBANKS involved researchers with disciplines on diversity, fish ecology, oceanography and biostatistics, a composition very fruitful with regard to competency exchange and interpretation of results. Some participants have experience on terrestrial systems, including theory and modelling, and this was useful. To look at questions at a larger scale, we aim to compare results from the Barents Sea and Scotian Shelf with the Caribbean, and we collaborated with a researcher from Colombia. In the added project we included participants with competence in fishery technology, social sciences, fisheries economics and GIS, and that could contribute to communication with relevant management components (from Norwegian College of Fishery Science UiT, IMR and NPI). This expanded our competence exchange. Students at PhD-, Master- and internship-level were included; collaboration and meetings with the research group was useful for them. We communicated with fishermen/fisheries organizations, important users of resources in the Barents Sea. We acknowledge experience and knowledge by fishermen on why different banks are used (or not) as fishing areas, and movement and variation in fish stocks in time and space. There have been changes in fishing vessel type and equipment during the last decades, and the fishing fleet structure has changed. The add-on project functioned as a WP, and the social science part and fishing activity analyses added information to DRIVEBANKS. We integrated fishermen and researchers’ knowledge on fish species, banks, fisheries and climate to bridge the gap between scientific community, stakeholders and management. This is an ongoing process that should continue. Reliable forecasts are important for the fishing fleet for economic reasons. Increased knowledge of resources and diversity in northern shelf systems will aid in sustainable use and knowledge-based management of this system. Banks in the Barents Sea cannot be regarded as hot spots with regard to fish diversity, even though productivity is often higher there. A bank in a given region is not representative for the whole region with regard to fish composition. Our results suggest that if the objective is to protect fish biodiversity (e.g. by using MPA) it is better to go for a depth gradient rather than to focus on the banks (i.e. shallower areas) only. Temporal changes in fish composition in different parts of the Barents Sea from 2004 (boreal fish species moving north-east and arctic species declining in north) showed a reversal in 2020. The reversal may be on short-term, and we may expect changes to go up and down in coming years. This shows that studies of inter-annual variability and the continuation of annual ecosystem surveys in the Barents Sea are important.

We aim to generate new knowledge on patterns and drivers of marine biodiversity, particularly of patterns of fish diversity and turnover and of the processes that maintain or change diversity at both the population and community level. Oceanic banks are non-uniform spatial patterns or "hot spots" where trophic interactions among species are strong, suggesting that focusing research efforts on submarine banks within the overall marine landscape will provide an efficient and direct way to address marine biodiversity issues. The structure of marine ecosystems varies in time and space, and this variation can be analysed in terms of colonization and extinction of species. Whereas terrestrial ecologists have been studying these processes for decades, such studies have been rare in the marine realm. We draw extensively on the concepts, theories and methods developed and advanced in terrestrial ecology to develop our understanding of marine ecosystems. We will use high quality, spatio-temporal data from scientific surveys and state-of-the-art statistical modelling. We will use shallow offshore banks on continental shelves as an analogy to "islands" and test the equilibrium theory of island biogeography involving extinction/colonization processes and the species-area relationship. Specifically, we will investigate the effects of topography, climate and fisheries on extinction and colonization rates. By considering different species groups (e.g. size, boreal vs arctic, commercial), we will assess if we can attribute the observed recent changes to climate variability and change vs fishing activities, and how the impacts of these two drivers vary in space and time and if they can interact. We will use circulation models to investigate which banks are connected and whether the connected banks are upstream or downstream from one another. We will compare two ecosystems, the Barents Sea and the Scotian Shelf to get insights not restricted to one specific ecosystem.