Sabellaria from larvae to reff: growth, ecological role and habitat mapping

Sabellaria (Annelida, Polychaeta) is a genus of marine polychaete worms belonging to the family Sabellariidae. The member of this taxon are gregarious engineer species called "honeycomb worms" because they are able to build bioconstructions (sheets, hummocks and reefs) composed by tubes made of sand and bioclasts, held together with an organic mucus. Under opportune environmental conditions, Sabellaria can form dense and solid aggregates, resulting in massive structures. The sabellariid worm Sabellaria alveolata is known to form large intertidal colonies on the North-western coasts of Europe which can reach several km² and it can be considered as the most important building organism in temperate shallow environments. Sabellaria bioconstructions contribute to physical and biological processes by stabilizing the sandy substrate, trapping sediment, shaping the seascape, and therefore mitigating coastal erosion. Moreover, such bioconstructions produce secondary substrate that could increase substratum heterogeneity and coastal biodiversity by providing an array of microhabitats suitable for the settlement of benthic organisms. As a consequence, Sabellaria reefs are considered as coastal biodiversity hotspots, supporting a rich associated fauna and playing a key role in biodiversity conservation, by acting as nursery for some coastal species and gaining an important functional role. Two species belonging to the genus Sabellaria are widespread in the Mediterranean Sea: S. alveolata (Linnaeus, 1767) and S. spinulosa (Leukhart, 1849). In the Mediterranean area, S. alveolata can usually form true reefs, while S. spinulosa rarely forms extended bioconstructions and often it only encrusts the hard-substrate with isolated tubes. Recently, along the northern Gargano coast (Adriatic Sea, southern Italy), a large S. spinulosa reef has been discovered for the first time in the Mediterranean Sea. As regards the Mediterranean basin, no quantitative analyses to assess their current health status and to define their dynamics, such as larval stages, development phases, ecological role and their occurrence along Italian coasts, let alone evaluate the most important threats and impacts, are currently available. In fact, despite such organogenic structures are included in the European Red List of Habitats and evaluated for protection by a lot of European Union legislative instruments in the Atlantic area, in the Mediterranean Sea they are currently listed as "Data Deficient", thus needing more specific investigation aimed to fill the gap in the empirical and quantitative data. The present work is the starting point for appropriate studies of Sabellaria reefs, providing useful supplies for the assessment of protection measures in the Mediterranean Sea, as requested by the International Union for Conservation of Nature (IUCN). During this PhD project, some interesting results emerged, remarkably increasing the knowledge about Sabellaria reefs along Italian coasts: the main phases of the life cycle of Sabellaria were investigated, starting from the larvae, whose larval peaks was detected for the first time in the Mediterranean Sea, to the adult stage. During the developmental phases, the reef growth and the seasonal variations were investigated for a period of one year in two different stations, reporting the largest S. alveolata reef in the Mediterranean Sea and the first S. spinulosa true reef in this basin. Moreover, the ecological role of Sabellaria as biodiversity hotspot and as reservoir of preferential species was investigated, by considering the close relation of its associated fauna and the benthic species living in adjacent substrates, both sandy and rocky bottoms. Finally, the Sabellaria bioconstructions widespread along Latium coast (Central Tyrrhenian Sea) were mapped by using in situ observations and innovative technologies, such us an unmanned aerial vehicle ("drone"), in order to achieve extremely detailed habitat maps, filling the gaps about their occurrence and area of occupancy. The great amount of data collected during this research allow us to achieve useful information to comprehend the ecology of Sabellaria bioconstructions in the Mediterranean Sea, so contributing to reduce the information gap on Mediterranean reefs.

Sabellaria (Annelida, Polychaeta) è un genere di policheti appartenenti alla famiglia Sabellariidae. I membri di questo taxon sono specie ingegnere e gregarie chiamate "vermi nido d'ape" in quanto sono in grado di erigere biocostruzioni dall'aspetto alveolato (in sottili strati, cordoni e barriere) costituite da tubi formati da sabbia e bioclasti agglutinati da un muco organico. Se presenti adeguate condizioni ambientali, Sabellaria può costituire aggregati solidi e compatti, formando strutture massive. Il polichete Sabellaria alveolata è conosciuto per essere in grado di formare grandi colonie intertidali lungo le coste dell'Europa nord-occidentale, raggiungendo estensioni di diversi km², essendo quindi considerato il più importante organismo costruttore nelle acque costiere temperate. Le biocostruzioni a Sabellaria contribuiscono ai processsi fisici e biologici dell'ambiente circostante stabilizzando il substrato sabbioso, trattenendo i sedimenti, modificando il paesaggio marino e mitigando l'erosione costiera. Inoltre, tali biocostruzioni costituiscono un substrato secondario che può incrementare l'eterogeneità dell'ambiente su cui si sviluppano, aumentando la biodiversità costiera in seguito alla formazione di microhabitat colonizzabili da altri organismi bentonici. Di conseguenza, i reefs a Sabellaria sono considerati un hotspot di biodiversità, sostenendo una ricca fauna associata e giocando un ruolo chiave nel mantenimento della biodiversità stessa, fungendo da area di nursery per molte specie costiere e svolgendo un importante ruolo funzionale. In Mar Mediterraneo sono diffuse due specie appartenenti al genere Sabellaria: S. alveolata (Linnaeus, 1767) e S. spinulosa (Leukhart, 1849). In Mediterraneo, S. alveolata può formare veri e propri reefs, mentre S. spinulosa raramente sviluppa estese biocostruzioni e spesso cresce solo in forma di sottili croste con tubi isolati su substrato duro preesistente. Tuttavia, nel Gargano settentrionale (Mar Adriatico meridionale), è stato recentemente osservato per la prima volta in Mar Mediterraneo un esteso reef a S. spinulosa. In Mediterraneo i reefs a Sabellaria sono molto poco studiati e non ci sono dati quantitativi utili a studiare i il loro stato e per definire le loro dinamiche, quali le fasi larvali, le fasi di accrescimento delle biocostruzioni, il loro ruolo ecologico e la loro distribuzione lungo le coste italiane; tale mancanza di dati fa sì che non possano essere attuate adeguate misure di protezione. Infatti, sebbene tali strutture organogene siano incluse nella Lista Rossa degli Habitat Europei e siano attualmente protette lungo le coste atlantiche, in Mediterraneo le biocostruzioni erette da Sabellaria sono attualmente etichettate come “Data Deficient”, necessitando di ulteriori studi. Il seguente lavoro costituisce il punto di partenza per un adeguato studio dei reefs a Sabellaria in Mediterraneo, fornendo peraltro nuovi spunti per definire eventuali misure di protezione, come suggerito dall'Unione Internazionale per la Conservazione della Natura (IUCN). Durante questo progetto di dottorato sono state studiate le varie fasi del ciclo vitale di Sabellaria, partendo dalle larve, individuando il picco larvale per la prima volta in Mar Mediterraneo, arrivando fino allo stadio di adulto. Durante queste fasi di sviluppo, la crescita del reef e le sue variazioni stagionali sono state studiate per un anno in due differenti stazioni, portando alla segnalazione del più grande reef a S. alveolata osservato in Mediterraneo e del primo vero reef a S. spinulosa. Inoltre, è stato indagato il ruolo ecologico dei reefs di Sabellaria quale hotspot di biodiversità e reservoir di specie preferenziali, prendendo in considerazione la loro fauna associata e le specie bentoniche viventi nei substrati limitrofi, sia sabbiosi che rocciosi. Infine, sono state mappate le biocostruzioni presenti lungo la costa laziale (Mar Tirreno centrale) usando sia osservazioni in situ, sia tecnologie innovative, come l'utilizzo di un drone, così da ottenere mappe tematiche di altissimo dettaglio, colmando le lacune riguardanti le aree in cui sono distribuite. La grande mole di dati collezionati durante questa ricerca permette così di aggiungere nuove informazioni utili a comprendere adeguatamente l'ecologia e la distribuzione delle biocostruzioni a Sabellaria in Mediterraneo.