Projeto de pesquisa

As atividades de campo serão realizadas durante 5 expedições de três dias de duração que ocorrerão em duas épocas do ano, verão e inverno (entre 2022 e 2024) e em coletas a serem realizadas com apoio da embarcação do ICMBio.

Detecção precoce e monitoramento de espécies exóticas
O conhecimento sobre as espécies exóticas que já ocorrem numa determinada área e a sua distribuição espacial são informações fundamentais para detectar tanto os eventos de expansão dessas espécies para áreas ainda não invadidas como a introdução de outras espécies. Por isso, a primeira etapa consistirá no levantamento de dados secundários sobre o conhecimento e registro de espécies exóticas (invertebrados, algas e peixes), não apenas em Alcatrazes, mas também na região adjacente (região costeira, canal e ilha de São Sebastião, ilha de Búzios) já que pode ser uma eventual fonte de espécies exóticas no arquipélago. Para isso, será feita uma busca bibliográfica nas principais fontes de documentos científicos e técnicos disponíveis na internet (por exemplo, Google Scholar, Research Gate, Sci-hub, Web of Science, Scopus, Scielo, etc). Além disso, analistas ambientais e cientistas atuantes em Alcatrazes e na região serão consultados para gerar uma lista de espécies exóticas reportadas e com potencial de se estabelecer no arquipélago.
A partir dessa lista, serão selecionadas aquelas espécies que tenham potencial invasor e, portanto, representem maiores ameaças para as comunidades recifais do arquipélago. Uma nova busca bibliográfica será realizada para o estudo da biologia e ecologia dessas espécies para priorizar os esforços de monitoramento nos habitats, na época do ano e em condições ambientais mais favoráveis para a proliferação das espécies com maior potencial invasor. Paralelamente, será desenvolvido um protocolo para o monitoramento, detecção precoce e controle de espécies exóticas. Assim, serão avaliadas as experiências em outros locais no Brasil e no exterior levando em conta as metodologias desenvolvidas que possam ser adaptadas à realidade local bem como as características biológicas e ecológicas das espécies registradas. Os protocolos viáveis de serem aplicados serão testados cientificamente buscando a sua validação junto ao NGI Alcatrazes. Também serão testados métodos com uso de modelos preditivos visando não apenas o monitoramento, mas também o auxílio na detecção precoce, resposta rápida e no controle dessas espécies no arquipélago.
A lista discriminada de espécies exóticas e uma proposta preliminar de protocolo servirão de base para a busca ativa dessas espécies exóticas durante as campanhas de campo. Para isso, a ocorrência das espécies listadas será averiguada por mergulho autônomo e registrada em fotos. Sempre que possível serão coletados espécimes testemunho para identificação por especialistas e depósito no acervo do Museu de Zoologia da USP. A ocorrência das espécies exóticas será mapeada, o que possibilitará visualizar a sua incidência nos distintos locais do arquipélago.

Monitoramento de Tubastraea spp.
Considerando que o coral-sol é a espécie exótica mais abundante em Alcatrazes, ficou acordado com as partes envolvidas no projeto um programa de monitoramento deste invasor, não deixando de considerar o manejo realizado pelo NGI Alcatrazes. Ou seja, o manejo é uma demanda institucional do ICMBio e a execução desse projeto deve levar em conta essas ações, mesmo não sendo um objetivo a ser realizado.
As ações de manejo iniciaram em 2013 e desde 2015 a retirada de coral-sol é quantificada. Coincidentemente, em 2015 iniciei um projeto de avaliação das comunidades bentônicas do infralitoral em Alcatrazes e arredores. A avaliação consistiu em duas etapas: i) uma prospecção rápida através de vídeo-transectos em 2015 e; ii) foto-quadrados ao longo de transectos realizados 4 vezes no ano e em dois locais próximos aos principais pontos de manejo em 2016. Os dados coletados nesse estudo anterior (Projeto de Pós-Doutorado financiado pela FAPESP) serão reavaliados focando na quantidade de colônias de coral-sol.
Os dados coletados pelo ICMBio nos eventos de remoção de coral-sol incluem data, local, peso e número de colônias retiradas de cada espécie (T. coccinea e T. tagusensis), além de profundidade e número de cilindros utilizados para os últimos dois anos. A análise desses dados servirá de base para a compreensão da dinâmica espacial das duas principais espécies invasoras no arquipélago e auxiliarão nas decisões de manejo e no desenvolvimento das atividades previstas neste projeto, particularmente no mapeamento e monitoramento dessas espécies. Em conjunto com a equipe do NGI-Alcatrazes, decidiu-se dividir o arquipélago em 5 grandes áreas e subdividir cada grande área em locais e cada local em sítios. Assim, a ilha principal será analisada em suas porções norte, sul, leste e oeste com as ilhotas e lajes representando outra grande área. Cada grande área foi subdividida em locais pelos nomes de costões nomeados no plano de uso público e cada sítio representará uma poita específica ou outra referência do sítio dentro do local (por ex. fenda, paredão, etc.). A partir de observações em campo e de uma análise preliminar dos dados coletados pelo ICMBio, a porção leste da ilha principal parece ser a mais suscetível à colonização por coral-sol.
Assim, visaremos entender quais fatores estão associados com essa distribuição, e para isso mediremos variáveis como: i) o percentual de cobertura dos organismos bentônicos, ii) estimativa de crescimento e de regeneração dos indivíduos, e iii) o número de recrutas; além dos dados abióticos e bióticos coletados pelos outros grupos do projeto. Como as ações de manejo são executadas pelo ICMBio, o monitoramento ajudará na avaliação da sua efetividade. O esforço associado ao manejo também será avaliado quantificando o tempo de mergulho, número de cilindros usados e o gasto financeiro envolvido em uma temporada de manejo que serão relacionados com o peso total de corais retirados.
Cada variável medida e outras coletadas na literatura serão utilizadas em um modelo preditivo por Árvores de Decisão sobre a ocorrência de coral-sol e sua associação com a efetividade do manejo (ex., Smith & Metaxas, 2018). Por fim, para testar as distintas possibilidades de manejo buscar-se-á aplicar um modelo espacial de automoção celular explícito semelhante ao utilizado por Eppinga e colaboradores (2021) com vegetação exótica. A seguir são detalhados os procedimentos metodológicos e a análise de dados que serão utilizados para cada hipótese e pergunta específica:

Pergunta 1: Como variou a ocorrência de coral-sol entre o início do manejo em 2015 e 2021?
Hipótese: Ao longo do tempo, há um aumento do registro em novos locais e na quantidade de coral-sol retirada, pois este invasor ainda está em expansão em Alcatrazes.
Em outubro de 2015, seis locais foram amostrados em três profundidades (por volta de 3, 6 e 9 m) através de vídeo-transectos de 30 m visando uma prospecção rápida em um estudo comparando a comunidade bentônica entre Alcatrazes e a região adjacente. Os locais são: Oratório, entre o Oratório e o Ninhal, Ninhal (esses três na ESEC), Pedra da Geladeira, Portinho e Saquinho do Funil. Uma nova amostragem será realizada nos mesmos pontos e com a mesma metodologia, visando avaliar mudanças na incidência dessas espécies ao longo do tempo.
Além disso, dois pontos (Matacões e Volverine) foram monitorados ao longo do ano de 2016 e serão reamostrados no decorrer das cinco expedições previstas neste projeto. Nesse caso, 30 fotos foram tiradas a cada metro em quadrado de 50 x 50 cm, ao longo de dois transectos de 30 m em cerca de 6 m de profundidade. A abundância de coral-sol em cada local será comparada entre os anos de amostragem com ANOVA unifatorial. Para avaliar a estrutura da comunidade serão identificados os organismos presentes em 50 pontos de intersecção distribuídos homogeneamente em cada foto, com auxílio do programa Coral Point Count with Excel extension (CPCe 4.1). Os dados gerarão uma matriz de abundância das espécies por localidade que será analisada através de um modelo multivariado (PERMANOVA), utilizando a distância de Bray-Curtis, onde a cobertura de cada espécie será a variável resposta, a localização do costão e o tempo serão a variáveis preditoras.

Pergunta 2: Qual a distribuição espacial de coral-sol em Alcatrazes?
Hipótese: A abundância de coral-sol varia espacialmente e essa heterogeneidade está associada às características bióticas e abióticas do local.
A partir de 2021, o NGI Alcatrazes passou a sistematizar as ações de manejo, focando em retirar praticamente todos os indivíduos de um local antes de iniciar outro. As ações de manejo são realizadas principalmente durante a primavera e o verão. Assim, antes de ser iniciada a temporada de manejo, faremos uma estimativa por localidade para inferir a abundância relativa de colônias de coral-sol no arquipélago. Para isso, dois mergulhadores em mergulho livre na superfície e outros dois autônomos a 5 m de profundidade nadarão paralelos ao costão rochoso por cerca de 1 minuto (n=3 costões por sítio) observando o substrato (um mergulhador observa acima e o outro abaixo dos 5 m). Assim, será estimada visualmente a abundância relativa de ambas as espécies em uma escala DAFOR: dominante, abundante, frequente, ocasional, rara ou ausente (Sutherland 2006). Serão realizados 5 transectos em cada sítio. As observações serão transformadas num índice de abundância relativa para cada transecto, variando entre 0 (ausente) e 10 (dominante). Posteriormente, será calculada a média dos transectos para cada sítio. A escala DAFOR é utilizada para amostragem semiquantitativa, e fornece uma estimativa rápida da abundância relativa de espécies por sítio, permitindo mapear a abundância relativa espacialmente e monitorar temporalmente (De Paula & Creed, 2005; Silva et al., 2011; Gomes et al., 2015; Creed et al., 2017). Essa amostragem ocorrerá a cada seis meses e a avaliação dessa distribuição espacial será complementada aos dados de monitoramento da ictiofauna e do bentos para associar com a diversidade local e com os dados abióticos quantificados por outros grupos do projeto. Os dados serão analisados através de uma análise de CCA.

Pergunta 3: Como varia a efetividade das técnicas de manejo utilizadas na unidade?
Hipótese: A eficiência e eficácia do manejo mudam de acordo com as práticas utilizadas, já que diferenciam quanto à retirada de tecido e de recrutas.
Apesar de a remoção manual ter se mostrado eficiente em distintos contextos, o uso de outras tecnologias também é sugerido (De Paula et al., 2017, Crivellaro et al., 2020, Creed et al. 2021, Savio et al. 2021). Desde 2020, um martelete hidráulico desenvolvido pelo próprio ICMBio Alcatrazes tem sido utilizado como alternativa ao método manual (com talhadeira e marreta), mas ainda não foram feitos testes sobre a sua eficácia e eficiência. Assim, através de parcelas fixas de 30 x 30 cm (n=5 nos dois locais com maior e menor ocorrência) fotografadas mensalmente, a remoção com martelete será comparado à remoção manual avaliando-se a sucessão da comunidade, o número de recrutas remanescentes imediatamente após o manejo, o número de novos recrutas ao longo do tempo e o tamanho do tecido remanescente da colônia retirada (e a consequente regeneração do indivíduo). Áreas de 30 x 30 cm sem a presença de coral-sol também serão fotografadas e serão incluídas nas análises como controle. O estudo será realizado em dois locais onde o coral é abundante e em dois locais onde é frequente, considerando a escala DAFOR acima descrita.
Para comparar as técnicas quanto a sua eficácia na retirada de todos os indivíduos de coral-sol do substrato, o número de pólipos e o tamanho do tecido remanescente serão quantificados imediatamente após o manejo. Esses dados serão comparados separadamente através de um modelo misto de ANOVA de três vias considerando os fatores Grau de dominância de coral-sol (fixo, dois níveis), local aninhado no fator grau de dominância (aleatório, dois níveis) e técnica de remoção (fixo, três níveis). Para analisar a eficiência das duas técnicas de remoção, será comparado o tempo utilizado para retirar todas as colônias nas parcelas de 30 x 30 cm, por meio da Análise de Covariância (ANCOVA) considerando os mesmos fatores mencionados acima (grau de dominância, local e técnica de remoção) e a cobertura de coral-sol nas parcelas antes da remoção será a covariável.
Para testar a efetividade (i.e controle das populações de coral-sol com o manejo) das duas técnicas ao longo do tempo, o número de novos recrutas, a porcentagem de cobertura do coral-sol e o número de pólipos regenerados a partir do tecido remanescente serão comparados para cada local separadamente através de ANOVA bifatorial de medidas repetidas para os fatores técnica de remoção (três níveis, duas técnicas + controle) e tempo (12 meses). Para todos os testes, os dados serão transformados conforme necessidade visando atender os pressupostos de normalidade e homogeneidade das variâncias (Zar, 1999).
Para avaliar a trajetória temporal das comunidades bentônicas em áreas manejadas com diferentes técnicas, a porcentagem de cobertura dos diferentes organismos e do substrato vazio será calculada com auxílio do programa Coral Point Count with Excel extension (CPCe 4.1). Os organismos localizados sob 50 pontos de intersecção distribuídos homogeneamente em cada fotografia serão identificados com a menor resolução taxonômica possível ou incluídos em grupos funcionais (por exemplo, algas calcárias incrustantes, tufo multiespecífico de algas filamentosas, etc.). Os dados gerarão uma matriz de abundância relativa (cobertura) dos organismos que será analisada para cada local separadamente através da análise de variância multivariada de permutações para medidas repetidas (PERMANOVA pairwise test) (Anderson et al., 2008; Clarke et al., 2014), utilizando a distância de Bray-Curtis, onde a cobertura de cada espécie será a variável de resposta, o tempo e a técnica serão variáveis preditoras. O procedimento SIMPER será realizado para identificar a contribuição de cada espécie para as diferenças observadas entre as comunidades (Clarke & Ainsworth, 1993).
Além disso, as colônias retiradas serão classificadas pelo seu tamanho para pesagem com o objetivo de verificar a relação entre o número de indivíduos e peso para as diferentes classes de tamanho. Essa análise visa contribuir com a maior agilidade na estimativa e monitoramento da quantidade de coral-sol extraído nas ações de manejo, considerando o aumento de colônias extraídas que vem sendo registrado ao longo do tempo em Alcatrazes.

Pergunta 4: Qual a diferença na quantidade de recrutas que se estabelecem em áreas manejadas com e sem a utilização de técnicas de restauração do habitat?
Hipótese: O recrutamento de coral-sol diminui ao cobrir artificialmente com outras espécies o substrato vazio aberto durante as ações de manejo.
Os espaços vazios deixados pela ação do manejo geralmente são recolonizados por recrutas de coral-sol, inclusive não sendo recomendado fazer uma raspagem completa do substrato (Creed et al., 2017). Assim, a presença de outros organismos pode inibir a chegada do coral-sol, principalmente os que já ocupam substratos próximos à área manejada e que apresentam ação alopática contra o coral invasor (Mizrahi et al., 2017). Nos dois locais com maior abundância de coral-sol será testada a taxa de recrutamento em tratamentos com e sem a inserção de outra espécie. Para isso, o coral-sol será removido em parcelas fixas de 30 x 30 cm. Para selecionar a espécie, testes iniciais serão realizados considerando as espécies mais abundantes naquela área, que sejam passíveis de serem removidas do substrato com mínimo dano, e que apresentem boa sobrevivência após o procedimento de transplante. Parcelas fixas sem a presença de coral-sol funcionarão como controle experimental. As parcelas serão fotografadas mensalmente ao longo de 6 meses. As fotografias serão analisadas utilizando o programa CPCe (4.1) como descrito em tópicos anteriores. Para cada mês, o número de recrutas e a cobertura de coral-sol em áreas restauradas e não restauradas serão comparadas por meio de ANOVA bifatorial (com os fatores: local e restauração).

Biologia e ecologia de outras espécies exóticas
Inicialmente foram escolhidas duas espécies com potencial invasor que já foram observadas em Alcatrazes: o ofiuroide Ophiothela mirabilis (Verril, 1867) e o bivalve perfurador Leiosolenus aristatus (Dillwyn, 1817).

Ophiothela mirabilis
Pergunta: Qual a abundância do ofiuroide exótico Ophiotela mirabilis nos potenciais organismos hospedeiros no arquipélago de Alcatrazes?
Hipótese: O ofiuroide utiliza uma ampla variedade de organismos hospedeiros, mas seleciona apenas algumas espécies presentes na comunidade bentônica.
A abundância do ofiuroide Ophiothela mirabilis e os organismos utilizados como hospedeiros serão avaliados em sete pontos no verão e no inverno. Em cada ponto, serão realizados transectos de 20 metros de comprimento e aproximadamente 2 metros de largura, em três profundidades da área recifal: raso (~3m), médio (~6m) e fundo (interface com o substrato não consolidado). Em cada profundidade serão realizados 3 transectos, totalizando 9 transectos em cada ponto. Quando constatada a presença do ofiuroide ao longo de cada transecto, a área será fotografada utilizando um frame de 30 x 30 cm acoplado à câmera digital. Posteriormente, todos os ofiuroides serão cuidadosamente coletados e fixados em tubos do tipo Falcon devidamente identificados. A análise das fotos permitirá registrar a ocorrência do ofiuroide nos diferentes organismos hospedeiros. Em laboratório, os ofiuroides coletados serão quantificados e cuidadosamente examinados para analisar o tamanho e o formato do disco, bem como o número de braços, como indicadores de reprodução assexuada. Também serão inferidas formas de dispersão, inclusive com buscas ativas nesses locais.
Adicionalmente, ao longo de cada transecto serão fotografadas 5 áreas de 30 x 30 cm a cada 4 metros de distância com o objetivo de analisar a abundância (i.e porcentagem de cobertura) dos organismos presentes na comunidade bentônica e que potencialmente podem ser usados como hospedeiros. Estas imagens serão analisadas por meio do programa CPCe sobrepondo uma malha com 30 pontos aleatórios. O organismo presente em cada ponto aleatório será identificado e posteriormente será calculada a porcentagem de cobertura de cada organismo (em caso de organismos arborescentes como as gorgônias, também serão realizadas fotos laterais). Ao comparar os registros de hospedeiros utilizados efetivamente pelo ofiuroide com os dados de cobertura desses organismos no ambiente, será possível avaliar o grau de seleção que o ofiuroide apresenta pelos diferentes organismos hospedeiros. Estes resultados permitirão elaborar hipóteses mais específicas sobre a natureza das interações do ofiuroide com as espécies hospedeiras (ex. comportamento de dispersão e dinâmica de colonização de novos substratos).
Os dados de abundância do ofiuroide, tamanho e proporção de indivíduos com sinais de reprodução assexuada serão analisados com ANOVA bifatorial (Análise de Variância de duas vias) de forma independente para cada estação do ano. Os fatores considerados serão ponto de amostragem (aleatório, 7 níveis) e profundidade (fixo, três níveis) considerando os transectos como réplicas (n=3). Previamente será testado o cumprimento das premissas de normalidade e homogeneidade de variâncias e se for necessário os dados serão transformados. A frequência de ocorrência do ofiuroide em cada profundidade e local será calculada com o número de registros do ofiuroide nos três transectos amostrados independentemente da abundância. Para testar a seleção de hospedeiro pelo ofiuroide, será realizado um teste G comparando a proporção de hospedeiros disponíveis com a proporção utilizada pelos ofiuroides em cada local. Considerando a distribuição agregada do ofiuroide, a frequência estará relacionada ao número de hospedeiros com a presença do invasor. Caso se encontre diferenças significativas, será explorada a seleção de hospedeiros por meio dos Intervalos de Confiança de Bonferroni (BCI).

Leiosolenus aristatus
Pergunta: Qual a relação entre a abundância de Tubastrea spp. e de Leiosolenus aristatus?
Hipótese: Existe uma associação positiva entre a densidade de coral-sol com a densidade e o desempenho do bivalve exótico perfurante presente na estrutura calcárea das colônias.
O estudo do bivalve perfurador Leiosolenus aristatus será focado no efeito da densidade do coral sol (Tubastraea spp.) sobre os seguintes parâmetros populacionais do bivalve perfurador: densidade, estrutura de tamanho e índice de condição. A partir do contato com membros do NGI-Alcatrazes, evitar-se-á em um primeiro momento o estudo em espécies nativas, priorizando assim a conservação local. Com os dados das prospecções de espécies exóticas realizadas durante a primeira expedição de campo serão identificados pelo menos dois locais nos quais a população do coral-sol apresente diferentes abundâncias. Para isso, iremos nos ajustar com o programa de manejo de coral-sol realizado pelo NGI do qual participo como voluntário desde 2018. Em cada local, serão identificadas visualmente áreas com as seguintes categorias de cobertura do coral sol: baixa (menos de 10%), média (~50%) e alta (entre 80 e 100%). Quatro áreas de 30 x 30 cm serão selecionadas em cada categoria e todas as colônias de coral-sol serão cuidadosamente retiradas do substrato. A profundidade de coleta para cada amostra será registrada para ser incluída no modelo de análise de dados como covariável. As amostras serão acondicionadas em sacolas plásticas, etiquetadas, transportadas ao laboratório e conservadas em freezer.
Em laboratório, cada colônia de coral-sol será caracterizada quanto ao tamanho (altura e diâmetro) e número de pólipos. Posteriormente, todos os bivalves perfuradores associados a cada colônia serão cuidadosamente retirados, quantificados e o comprimento da concha será medido com paquímetro digital. A parte mole interna de cada bivalve será inspecionada com uso de lupa para registrar a presença/ausência de gônadas. Posteriormente, o tecido somático interno dos indivíduos será separado da concha, colocado em estufa a 65º C por 48 horas e posteriormente pesado em balança analítica (precisão de 0,001 g). Esse procedimento tem como base o fato do peso da parte mole estar positivamente relacionado com o desenvolvimento das gônadas. Assim, a relação peso seco da massa corporal/peso concha (conhecido como Índice de condição) será utilizado para avaliar o desempenho dos organismos.
Para cada local, a abundância e índice de condição do bivalve perfurador serão comparados ao longo do tempo (fator aleatório, três níveis) e entre as categorias de cobertura do coral sol (fixo, três níveis) com uma análise de covariância (ANCOVA) incluindo a profundidade como covariável. Para avaliar o efeito do tamanho das colônias de coral sol na abundância do bivalve perfurador, serão realizadas análises de correlação entre o diâmetro, altura e número de pólipos da colônia de coral sol com a abundância do bivalve exótico.