Threats to the Pontocaspian fauna

Abstract

The Pontocaspian region is a unique system of connected and independent basins constantly transformed by major geo-climatic events. The intermittent connections of basins with different water salinity drove the evolution of an atypical brackish water biodiversity, best represented by fish, crustaceans and mollusks. During the Anthropocene, human activities started to exert strong pressure on the Pontocaspian region biota, becoming a relevant threat to its biodiversity. In this context, in my PhD I used the endemic mollusks of the Caspian Sea to evaluate the current anthropogenic threats to the Pontocaspian region. I used geospatial modeling to map nine anthropogenic pressures, finding that chemical pollution, invasive species, poaching and streamflow regulations have the highest impact score on the Caspian Sea mollusks. However, the intensity and the relative contribution of these anthropogenic pressures varied along vertical and horizontal dimensions. For example, poaching and streamflow regulation resulted in a higher pressure score in the northern part of the Caspian Sea, whereas pressure from chemical pollution and invasive species increases in the middle and southern parts of the basin. To evaluate how endemic species are affected by the anthropogenic threats, I used ecological and morphological data to review the taxonomy of the Pontocaspian endemic mollusks and to estimate hotspots of endemic mollusk diversity in the Caspian Sea. Subsequently, I evaluated the spatial overlap between anthropogenic pressures and mollusk hotspots, finding that invasive species and chemical pollution are the major anthropogenic threats to likely impact mollusks. Finally, I generated 28 spatially explicit environmental variables to facilitate the development of ecological models to investigate the combined influence of anthropogenic and environmental factors in driving spatial patterns of biodiversity. As the new variables match the world ocean data set Bio-ORACLE, they can be used to extend marine ecological models to the Caspian Sea. This allows for the first time the inclusion of the Caspian in cross- system models relevant for conservation management and planning. Die pontokaspische Region ist ein einzigartiges System von miteinander verbundenen als auch unabhängiger Becken, die durch wichtige geoklimatische Ereignisse ständig verändert wurden. Die intermittierenden Verbindungen von Becken mit unterschiedlichem Salzgehalt des Wassers bedingten die Entwicklung einer atypischen Brackwasser-Biodiversität voran, die am besten durch Fische, Krebs- und Weichtiere repräsentiert werden. Während des Anthropozäns begannen menschliche Aktivitäten einen starken Druck auf die Biota der pontokaspischen Region auszuüben und wurden zu einer relevanten Bedrohung für die Biodiversität in diesem Gebiet. Die vorliegende Doktorarbeit evaluiert in diesem Zusammenhang die gegenwärtigen anthropogenen Bedrohungen für die pontokaspische Region, wobei das Kaspische Meer als Modelsystem und die Mollusken als Modeltaxon verwendet werden. Dafür wurde eine georäumliche Modellierung genutzt, um die neun wichtigsten anthropogenen Belastungen im Kaspischen Meer zu kartieren. Die Analyse zeigte, dass chemische Verschmutzung, invasive Arten, Wilderei und Flussregulierungen den größten Einfluss auf die Mollusken im Kaspischen Meer haben. Um zu beurteilen, wie endemische Arten von den anthropogenen Bedrohungen betroffen sind, wurden ökologische und morphologische Daten verwendet, um die Nomenklatur und den Artstatus der endemischen, pontokaspischen Mollusken zu überprüfen und Hotspots der endemischen Molluskendiversität im Kaspischen Meer zu identifizieren. Im Anschluss an diese Analyse wird die räumliche Überlappung zwischen anthropogener Belastung und Mollusken-Hotspots bewertet, aus der resultiert, dass invasive Arten und chemische Verschmutzung die wahrscheinlich größte anthropogene Bedrohung für Mollusken sind. Es wurden 28 räumlich explizite Umweltvariablen generiert, um die Entwicklung ökologischer Modelle zur Untersuchung des kombinierten Einflusses von anthropogenen und Umweltfaktoren auf die räumlichen Biodiversitätsmuster zu ermöglichen. Da diese neuen Variablen mit dem globalen Ozeandatensatz Bio-ORACLE übereinstimmen, können sie verwendet werden, um die auf meeresökologische, modelbasierende Forschung auf das Kaspische Meer auszuweiten. Damit wird zum ersten Mal auch die Einbeziehung des Kaspischen Meeres in systemübergreifende Modele ermöglicht, die für Naturschutzmanagement und -planung relevant sind.