Abstract
La temperatura del nido è il fattore predominante del successo di una schiusa e del rapporto tra i sessi nelle tartarughe marine, con percentuale predominante di prole femminile a temperature più elevate. Tuttavia, il successo dell’emersione e il rapporto tra i sessi non sono misurabili su larga scala e ciò rende altamente desiderabili modelli per stimare le temperature future della sabbia, anche e soprattutto per la pianificazione della conservazione a lungo termine nel contesto del cambiamento climatico. Per risolvere questo problema, è stato utilizzato un modello meccanicistico del microclima per prevedere le temperature orarie della sabbia, in 32 stagioni di nidificazione dal 1986, in 402 spiagge dell’Australia occidentale che sono interessate dalle nidificazioni delle tartarughe appartenenti alla specie Natator depressus. Le temperature previste della sabbia indicavano che circa il 70% di queste spiagge presentava un rischio da “molto basso” a “intermedio” di sottoporre gli embrioni a stress termico. Combinando queste previsioni sulla temperatura con un modello fisiologico, sono stati proiettati il successo attuale e futuro del successo di schiusa e i rapporti tra i sessi per dieci diverse spiagge che abbracciano una gamma di microclimi termici, in vari scenari di cambiamento climatico. Nelle recenti condizioni climatiche, il successo di emersione è stato in media del 76%, ma è sceso al 63% e al 37% con un aumento della temperatura dell’aria rispettivamente di 2°C e 4°C. I rapporti tra i sessi dei piccoli variavano a seconda del luogo, ma in uno scenario di riscaldamento di 4°C si prevedevano rapporti tra i sessi estremamente distorti. Le proiezioni dello studio rivelano che le spiagge di nidificazione “ad alto rischio” subiranno regolarmente fallimenti man mano che il cambiamento climatico avanzerà, mentre le spiagge più fresche offrono un potenziale di nidificazione a lungo termine e richiedono protezione da ulteriori impatti antropici. Queste proiezioni, che coprono un intero stock genetico, forniscono dati demografici per valutare i rischi di estinzione e questo metodo può essere applicato alle popolazioni di tartarughe marine in tutto il mondo.
Introduzione
A livello globale, il 21% di tutti i rettili è a rischio di estinzione, con tartarughe e coccodrilli in modo sproporzionato rispetto ad altri gruppi di rettili. Sebbene la minaccia del cambiamento climatico per molti rettili sia incerta, i suoi impatti negativi sulle tartarughe marine sono chiari (Cox et al., 2022, Patricio et al., 2019). Le temperature della sabbia sulle spiagge di nidificazione stanno aumentando a causa del clima più caldo, provocando una mortalità embrionale a circa 33–35 °C, sebbene le soglie di tolleranza esatte varino tra le diverse specie e popolazioni (Howard et al., 2014, Laloë et al., 2017). Per prevedere con precisione la percentuale di piccoli che lasciano il nido con un clima caldo, è essenziale capire come cambierà di concerto il microclima delle spiagge sabbiose e se le tolleranze fisiologiche degli embrioni di tartaruga verranno violati.
In comune con molti altri rettili, le tartarughe marine hanno la determinazione del sesso dipendente dalla temperatura (TSD) di incubazione durante il periodo termosensibile (TSP). La temperatura cardine (TPIV) che produce un rapporto equilibrato tra i sessi, differisce leggermente tra specie e popolazioni ma l’aspettativa comune è che senza un adattamento fisiologico o comportamentale, molte popolazioni di tartarughe marine diventeranno prevalentemente femminili una volta che il cambiamento climatico farà sì che le temperature della sabbia superino costantemente le temperature di produzione dei maschi (Chatting et al., 2021, Fuentes et al., 2011, Hawkes et al ., 2009, Jensen et al., 2018, Tanner et al., 2019). Di conseguenza, la caratterizzazione dell’esposizione termica degli embrioni nell’intero areale di nidificazione di una popolazione diventa fondamentale per comprendere il rischio di estinzione.
Molte popolazioni di tartarughe marine nidificano su spiagge remote, con alcune popolazioni che utilizzano centinaia di siti di nidificazione in un’ampia gamma geografica. In questi casi, la misurazione diretta della temperatura della sabbia è logisticamente difficile, rendendo imperativo modellare accuratamente le temperature della sabbia per prevedere i risultati dello sviluppo. I metodi esistenti per modellare la temperatura della sabbia nelle spiagge di nidificazione sono generalmente caratterizzati come correlativi (regressioni) o meccanicistici (leggi fisiche) a seconda dei presupposti e dei processi sottostanti (recensiti da Gammon et al., 2020). Sebbene entrambi i modelli siano utili per prevedere le temperature dei nidi e lo sviluppo embrionale (Tanner et al., 2019, Stubbs et al., 2014), i modelli meccanicistici sono più adatti per prevedere i risultati in situazioni nuove come il cambiamento climatico poiché non dipendono dall’estrapolazione al di fuori dell’intervallo di temperature utilizzato per sviluppare il modello (Dormann et al., 2012).
È stato dimostrato che la componente del modello microclimatico del NicheMapR (Kearney et al., 2019, Kearney and Porter, 2019) stima accuratamente le temperature della sabbia nelle spiagge di nidificazione delle tartarughe marine in tutta l’Australia occidentale (Stubbs et al., 2014, Bentley et al., 2020a). Inoltre, le temperature orarie della sabbia generate da NicheMapR e dal suo predecessore Niche Mapper™ (Porter and Mitchell, 2006) sono state integrate con modelli fisiologici per stimare i tempi di sviluppo embrionale, il sesso e la sopravvivenza nei rettili con TSD in climi storici, presenti e futuri (Bentley, 2018, Carter et al., 2015, Mitchell et al., 2008, Stubbs et al., 2014). Qui è stato adottato lo stesso approccio di modellizzazione per valutare come il cambiamento climatico aumenterà l’esposizione dello stock di tartarughe marine dal dorso piatto (Natator depressus) della “North West Shelf” (NWS) (FitzSimmons et al., 2020) a sabbie sempre più alte temperature. A livello globale, le tartarughe dal dorso piatto sono considerate “Data deficient” (IUCN, 1996) e a livello nazionale sono considerate “Vulnerable” ai sensi dell’Environment Protection and Biodiversity Conservation Act 1999 (EPBC Act) australiano. Le principali minacce al successo riproduttivo della popolazione del NWS includono l’erosione costiera e l’inondazione (Gammon et al., 2023), l’inquinamento luminoso (Kamrowski et al., 2012) e lo sviluppo costiero (Fossette et al., 2021), ma la minaccia posta dall’aumento delle temperature della spiaggia non è quantificata.
L’obiettivo di questo studio era innanzitutto valutare gli attuali microclimi termici sull’intero areale di nidificazione dello stock di tartarughe dal dorso piatto del NWS, prima di tradurre le temperature della sabbia in risultati di sviluppo embrionale nei climi attuali e futuri. Ciò è stato ottenuto prevedendo innanzitutto le temperature della sabbia nei siti di nidificazione in tutto l’areale di nidificazione. Sono state selezionate dieci spiagge che rappresentano la gamma di ambienti termici in cui si sviluppano gli embrioni e sono state confrontate le previsioni medie su 32 recenti stagioni di nidificazione con proiezioni medie equivalenti per climi in cui la temperatura dell’aria era di 2°C o 4°C più alta. Ciò ha permesso di classificare le spiagge in base allo stress termico attuale e futuro degli embrioni, fornendo un mezzo per pianificare il monitoraggio e la mitigazione degli impatti termici dei cambiamenti climatici per questo stock.
Metodi
Le posizioni di 402 spiagge di nidificazione sono state ricavate da uno studio aereo delle tracce delle tartarughe che ha preso di mira l’area di nidificazione delle Natator depressus nella regione di Pilbara dell’Australia occidentale, dal Golfo di Exmouth (22.025° S, 114.518° E) a Capo Keraudren (19.970° S, 119,750° E). Questa specie nidifica durante l’estate australe e le immagini aeree di questo periodo hanno permesso di classificare le spiagge in due categorie:
- “active flatback beaches” con tracce fresche e quantificate delle dorso piatto (n = 174)
- “unquantified” con solo tracce vecchie e non quantificate sulle dorso piatto o tracce di tartarughe verdi e/o embricate (n = 228).
Insieme, queste due categorie rappresentano tutte le spiagge conosciute che attualmente forniscono habitat di nidificazione per le tartarughe marine in tutto l’area di nidificazione dello stock di tartarughe dal dorso piatto del NWS.
Si è proseguito con:
- Ricostruzione delle temperature della sabbia con un modello microclimatico
- Calcolo delle proprietà del suolo
- Validazione del modello microclimatico
- Categorizzazione dello stress termico in base alle temperature ricostruite della sabbia
- Previsione del successo di emersione e il rapporto tra i sessi primari
- Validazione del modello di sviluppo embrionale
- Sviluppo embrionale nel clima recente
- Sviluppo embrionale nei climi futuri
Risultati
Prestazioni del modello microclimatico
La relazione lineare tra le temperature della sabbia osservate e previste ha mostrato che il modello microclimatico ha funzionato bene, con un’elevata correlazione tra queste temperature per i set di dati combinati di 11 spiagge. Mentre la maggior parte delle spiagge presentava una correlazione elevata (> 0,8) tra le temperature osservate e quelle previste, l’intervallo compreso tra 0,6 e 1,0 indicava rispettivamente alcuni adattamenti scadenti ed eccellenti. Allo stesso modo, l’errore medio assoluto tra le temperature osservate e previste era di 1,7 °C, compreso tra 0,5 °C e 2,7 °C.
Classificazione termica delle spiagge in base alle temperature ricostruite della sabbia
Per ciascuna spiaggia (n = 402), la temperatura oraria media della sabbia a 50 cm di profondità dal 1 novembre al 28 febbraio in 32 stagioni di nidificazione (1986-2019) è stata di 30,0 ± 0,9 °C (deviazione standard) con un intervallo di 4,5 °C tra le spiagge (28,1 °C – 32,6 °C). Durante questo periodo, raramente si prevedeva che le spiagge classificate come aventi un’esposizione termica “molto bassa” avessero temperature superiori a 31,5 °C, mentre per le spiagge classificate come aventi un’esposizione termica “molto alta” si prevedeva che la temperatura della sabbia fosse superiore a questa soglia nel 72 ± 2% delle occasioni.
La temperatura della sabbia è aumentata in direzione nord-est ed è stata più elevata per le spiagge della terraferma (30,9 ± 0,7 °C, n = 328), rispetto alle spiagge delle isole (29,7 ± 0,8 °C, n = 74). La maggior parte delle spiagge attive aveva un’esposizione termica “bassa” e le 99 spiagge in questa categoria di esposizione termica avevano una temperatura media della sabbia durante la stagione di nidificazione di 29,6 ± 0,3 °C. La maggior parte delle spiagge non quantificate aveva un’esposizione termica “intermedia” e una temperatura media della sabbia di 30,2 ± 0,2 °C. Le spiagge con un’elevata esposizione termica avevano una temperatura media della sabbia di 31,1 ± 0,3 °C, mentre le spiagge con un’esposizione termica “molto elevata” avevano una temperatura media della sabbia superiore a 32 °C (32,2 ± 0,1 °C).
Previsione del successo di emersione e il rapporto tra i sessi primari
Il confronto tra il successo di emersione previsto e quello osservato ha indicato che i modelli integrati di microclima e sviluppo embriologico hanno funzionato bene, con una differenza media assoluta del 9% tra la mortalità prevista e quella osservata. Le spiagge con il maggiore disallineamento sono state Mundabullangana, dove il successo dell’emergenza è stato sottostimato del 12% per tre stagioni di nidificazione (2009/10 – 2011/12), e Thevenard Island, dove il successo d’emersione è stato sovrastimato del 21% per la stagione di nidificazione 2017/18.
Tra le dieci spiagge selezionate per esplorare lo sviluppo embrionale nel clima recente (1986 – 2015), il successo medio dell’emergenza è stato del 76 ± 12% (intervallo: 52% – 85%) e si prevedeva che il 39% dei piccoli fossero maschi. Tra i due siti con esposizione termica “molto bassa”, il successo previsto per l’emergenza è stato >85% (85% e 86% rispettivamente per Delambre Island e Thevenard Island, e si prevedeva che il rapporto tra i sessi primari dei piccoli fosse distorto (rispettivamente 80% e 90% maschi). Il successo d’emersione è stato più basso per i siti con esposizione termica “molto elevata”, rispettivamente al 57% e al 52% per Cemetery Beach e Mundabullangana, con entrambe le spiagge che si prevede produrranno cuccioli prevalentemente femmine.
Nelle dieci spiagge focali, un aumento di 2°C della temperatura dell’aria (rispetto alla media del periodo 1986-2015) si è tradotto in un aumento di 0,9°C della temperatura della sabbia durante la stagione di nidificazione a 50 cm di profondità. Rispetto al clima recente, il successo medio della schiusa è diminuito del 12% (al 63%), e ciò corrisponde a una diminuzione del 70% della produzione totale di maschi nei dieci siti, parallelamente a un aumento del 18% della produzione totale di femmine. In questo scenario il successo della schiusa è rimasto elevato (84%, essendo diminuito solo dell’1% rispetto al clima attuale) nelle spiagge con esposizione termica “molto bassa”, ma è diminuito del 29% e 27% fino a solo il 28% e 25% per le spiagge con un’esposizione termica “molto elevata” (rispettivamente Cemetery Beach e Mundabullangana). Il cambiamento più consequenziale nei rapporti tra i sessi primari si è verificato per le spiagge con esposizione termica “molto bassa”, dove si prevedeva che solo il 26% e il 32% dei piccoli fossero maschi. Al contrario, per le spiagge con esposizione termica “molto elevata”, i siti di esposizione termica predicevano in modo schiacciante la nascita di femmine (>98%).
Un aumento di 4°C della temperatura dell’aria si è tradotto in un aumento di 2,5°C della temperatura della sabbia a 50 cm di profondità e il successo totale dell’emersione nei dieci siti è sceso dal 76% (clima attuale) a solo il 37%. Si prevedeva che il numero totale di neonati maschi sulle dieci spiagge diminuisse del 97%, rispetto al clima attuale. Questo calo è stato grave anche per le spiagge con esposizione termica “molto bassa”, dove si prevedeva che <2% degli embrioni si schiudessero come maschi. In particolare, le spiagge più fresche con esposizione termica “molto bassa” o “bassa” hanno mantenuto il successo dell’emersione superiore al 50%, con quasi tutti i piccoli che si prevede fossero femmine.
Discussione
Gli studi che esplorano il modo in cui il riscaldamento delle temperature della sabbia avrà un impatto sulle popolazioni di tartarughe marine nidificanti in genere si concentrano su alcune spiagge di nidificazione ad alta densità e trascurano i cambiamenti paralleli nel successo dell’emersione attraverso le distribuzioni di nidificazione, che sono fondamentali per prevedere i tassi di crescita della popolazione e il rischio di estinzione. Qui è stata evitata questa trappola caratterizzando prima l’intera gamma di ambienti termici vissuti dagli embrioni lungo una costa ampia e complessa, e poi selezionando spiagge rappresentative per determinare il successo di schiusa e il sesso dei piccoli nei climi contemporanei e futuri. È stato dimostrato che mentre alcune temperature della spiaggia si stanno avvicinando al limite termico superiore per il successo dello sviluppo embrionale, altre stanno mantenendo temperature sufficientemente fresche da produrre cuccioli prevalentemente maschi. Queste spiagge più fresche dovrebbero essere considerate un’alta priorità da proteggere perché con un riscaldamento di 2°C, che potrebbe verificarsi entro i prossimi due decenni (ovvero, entro il 2041 – 2060 in uno scenario intermedio di emissioni di gas serra; IPCC, 2021), si prevede che la produzione maschile sarà limitata esclusivamente a queste spiagge e solo durante i periodi più freschi della stagione di nidificazione. Fondamentalmente, se il cambiamento climatico continua senza sosta, potrebbero essere necessarie strategie per raffreddare artificialmente i nidi se le popolazioni non riescono a spostare naturalmente i tempi o il luogo della loro nidificazione.
Conclusioni
Questo studio ha scoperto che il cambiamento climatico avrà un impatto sul successo dell’emersione e sul rapporto tra i sessi primari delle tartarughe dal dorso piatto nella regione di Pilbara, nell’Australia occidentale, entro appena due decenni, ma che questi impatti varieranno da un sito all’altro. Ciò ha implicazioni per la conservazione delle tartarughe marine a livello globale e sottolinea l’importanza di considerare gli impatti termici dei cambiamenti climatici sull’intero areale di nidificazione di uno stock. La metodologia meccanicistica che è stata sviluppata può essere facilmente applicata ad altre popolazioni di tartarughe marine che nidificano in regioni estese e remote.
Credit foto in evidenza: Malindi Gammon/DBCA
