Identifying marine key biodiversity areas using tracking data

Thesis presented in fulfilment of the degree of PhD in Behavioural Biology presented at ISPA - Instituto Universitário in the year of 2022. O impacto humano no ambiente marinho é substancial e crescente, causando uma preocupação pelo futuro de várias espécies marinhas. É necessário um leque de medidas para reduzir os impactos negativos, incluindo a implementação de áreas protegidas e a regulação das actividades humanas no mar. No entanto, para que os esforços sejam eficazes, precisamos de uma melhor compreensão da ecologia da biodiversidade marinha. O seguimento com recurso a dispositivos electrónicos revolucionou o estudo do comportamento e da ecologia dos animais marinhos, melhorando a capacidade de conservar os seus habitats. O foco central desta tese é a aplicação do seguimento de animais à ecologia e à conservação marinha. Apresentamos uma revisão bibliográfica, uma ferramenta de software, e análises espaciais para ilustrar as formas como os dados de seguimento têm e podem ser utilizados em estudos de conservação de espécies marinhas. Para demonstrar como o seguimento de animais contribuiu na progressão do conhecimento sobre o comportamento e a ecologia das espécies marinhas, apresentamos exemplos da literatura relativos a avanços na compreensão da migração, da procura de alimento e seleção de habitat, e da navegação em megafauna marinha, desde aves marinhas a cetáceos. Desenvolvemos uma ferramenta de software acessível, "track2KBA", na linguagem de programação R, que facilita a análise de dados de seguimento para identificar locais importantes para a conservação. Ilustrámos os passos de análise do software e fornecemos exemplos de como a ferramenta pode ser útil para analisar dados de seguimento de uma grande variedade de espécies, tanto no ambiente marinho como terrestre. Analisámos dados GPS de 23 espécies de aves marinhas para avaliar a importância do seguimento de populações ao longo dos anos com o objetivo de identificar sítios de importância para essas espécies. Descobrimos que, quando um número suficiente de indivíduos é seguido, a amostra de dados recolhidos num único ano fornece frequentemente estimativas robustas da distribuição das populações. Ao analisar os movimentos de 40 tartarugas-verdes fêmeas (Chelonia mydas) de uma população (importante ao nível global) na Guiné-Bissau, África Ocidental, avaliámos a qualidade de uma rede regional de áreas marinhas protegidas para a conservação de tartarugas ao longo das estações,em vários países. Verificámos que as tartarugas são espacialmente bem protegidas entre eventos de desova, menos protegidas durante a migração, e que a protecção dos locais de alimentação dependia do país para onde migravam. Analisámos dados de seguimento de 39 espécies de albatrozes e espécies semelhantes (cagarras e pardelas) para quantificar, pela primeira vez, as áreas sob diferentes jurisdições, e a ligação entre elas, de que dependem estas aves marinhas severamente ameaçadas. Verificámos que estas aves passam 39% do seu tempo em áreas do alto-mar para além de jurisdições nacionais, e que através dos seus movimentos elas unem as jurisdições de numerosos países em todo o mundo, indicando a necessidade de uma cooperação internacional para que a sua conservação seja eficaz. As análises de dados de seguimento de espécies individuais e de grupos de espécies apresentadas nesta tese representam aplicações inovadoras à escala local, regional e global. Este trabalho contribui directamente para a identificação de locais importantes para a biodiversidade, tais como as “marine Key Biodiverisity Areas”, e para o desenvolvimento de colaborações internacionais para a conservação da biodiversidade marinha tanto em águas nacionais como em alto mar. The human footprint on the ocean environment is substantial and growing, causing widespread concern for the future of numerous marine species. Different measures are needed to reduce negative impacts, from establishing protected areas to regulating human activities at sea. For such efforts to be effective however, a sound understanding of the underlying ecology of marine biodiversity is needed. The tracking of animals using electronic devices has revolutionized our understanding of the behavior and ecology of marine animals and thereby improved our ability to effectively conserve them and their habitats. The central focus of this thesis is the application of animal tracking to marine ecology and conservation. Herein, we present a literature review, a software tool, and data analyses to illustrate ways in which tracking data have and can be used to inform the study and conservation of marine wildlife. To demonstrate how animal tracking has helped advance our knowledge of the behavior and ecology of marine species, we present examples from the literature regarding the study of migration, foraging and habitat use, and navigation in marine megafauna, from seabirds to cetaceans. We developed an accessible software tool, “track2KBA”, in the programming language R, which facilitates analyzing tracking data to identify important sites for conservation. We illustrate the package workflow, and provide examples of how the tool can be useful for analyzing tracking data from a wide variety of species and contexts, both in the marine and terrestrial realm. We analyzed GPS tracking data from 23 species of seabirds to assess the relevance of tracking populations across years when identifying sites of importance. We found that, when enough individuals are tracked, tracking datasets collected in a single year often provide robust pictures of population distributions. By analyzing the tracks of 40 female Green Turtles (Chelonia mydas) from a globally important nesting population in Guinea-Bissau, West Africa, we quantified how well a regional marine protected area network covers the turtles across seasons and countries. We found that turtles are spatially well-protected during the interesting period, less so during migration, and that protected area coverage at post-nesting foraging sites depended on the country turtles migrated to. We analyzed tracking data from 39 species of albatrosses and large petrels to quantify, for the first time, the political areas and links between jurisdictions that these highly threatened seabirds depend on. We found that these birds spend 39% of their time in areas beyond national jurisdiction, and connect the jurisdictions of numerous countries around the world, necessitating international cooperation for their effective conservation. The analyses of tracking data presented in this thesis represent novel applications at local, regional and global scales, concerning single species and groups of species. This work contributes directly to the identification of important sites for biodiversity, such as marine Key Biodiversity Areas, and to the development of international collaborations to conserve marine biodiversity in national waters and beyond. This project has received funding from the European Union's Horizon 2020 research and innovation programme under the Marie Skłodowska-Curie grant agreement No 766417. 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