Dynamics of the continental slope demersal fish community in the Colombian Caribbean – Deep-sea research in the Caribbean

Abstract

Abstract: Nowadays, the limited knowledge of marine biodiversity in the deep-sea faces increasing human exploration interest of this environment in the Colombian Caribbean (e.g. recent hydrocarbon exploration activities), wich makes it a national problem. This scenario requires a better understanding of the biodiversity, ecology, and biogeography of species that live in the territorial and adjacent waters of Colombia towards an adequate management of resources. The deep-sea demersal fish community is one of the main faunal groups that can be used to track aggregations of biodiversity in deep-sea ecosystems. The deep-sea waters of the Colombian Caribbean have been investigated by some foreign and national expeditions during the last five decades. Since then, the information obtained has been stored in a wide array of cruise reports and “gray” literature. With the main goal of identifying aggregations of biodiversity in terms of deep-sea fish species numbers and the physical and biological factors that may cause certain spatial distribution patterns. The current thesis summarizes the available information to produce a comprehensive inventory of demersal deep-sea fishes present in the Colombian Caribbean. Their structural patterns are analyzed in terms of composition and distribution through a multivariate regression tree (MRT) analysis to identify different environmental factors that may be influencing fish distributions. Hypotheses of correlation between the distributional patterns and the bathymetric (200 to 980 m), geographic (east-west), and topographic (bottom landscape) ranges are tested. A spatial analysis of the number of species per station under the light of the available environmental information and recent findings of deep-sea ecosystems in Colombia was made as well. As a result of this, 343 species of deep-sea demersal fishes included in 26 orders and 92 families are identified for the Colombian Caribbean. Six fish assemblages were found in the continental slope mainly characterized by depth and geographical location. Based on the outcomes of the spatial analyses, three areas of aggregations of biodiversity of fish fauna were identified between 300 and 500 m depth in the Colombian Caribbean continental waters and one on insular waters. The continental offshore areas identified are located close to the sites where deep-sea reef ecosystems were reported before.The results support the idea of the Caribbean territorial waters of Colombia as an area with high values of deep-sea fish species compared to other regions in the western Atlantic coast. The structural data suggest a northeastern region that shows the highest concentration of species richness and abundances between the lower part of the upper slope and the upper part of the middle slope (275 – 602 m). Finally, the aggregations of fishes found add support to the previous stated evidence of the presence of deep-sea reefs ecosystems in the Colombian Caribbean located between the continental shelf break and the middle slope.

Resumen: Actualmente, el limitado conocimiento de la biodiversidad marina en el mar profundo frente al aumento del interés humano por la exploración de estos ambientes en el Caribe colombiano (ej. recientes actividades de exploración de hidrocarburos) es un problema nacional. Este escenario, requiere una mayor comprensión de la biodiversidad, ecología y biogeografía de las especies que viven en las aguas territoriales y aguas adyacentes de Colombia hacia un adecuado manejo de los recursos. La comunidad de peces demersales de profundidad es uno de los principales grupos de fauna que pueden ser usados para rastrear las agregaciones de biodiversidad en los ecosistemas profundos. Las aguas profundas del Caribe colombiano han sido investigadas por algunas expediciones extranjeras y nacionales en las últimas cinco décadas. Desde entonces, la información obtenida ha sido almacenada de manera dispersa en informes de cruceros y literatura gris. Con el objetivo principal de encontrar agregaciones de biodiversidad en términos de número de especies de peces de profundidad e identificar los factores físicos y biológicos que pueden causar un determinado patrón de distribución espacial. Esta tesis presenta la información disponible para producir un inventario de los peces demersales de profundidad presentes en el Caribe colombiano. Analiza, los patrones estructurales de estos, en términos de composición y distribución, a través de un análisis de árbol de regresión multivariada para identificar entre los diferentes factores ambientales, cuál está influenciando la distribución de los peces. Probando hipótesis de correlación entre los patrones de distribución y los rangos batimétrico (200 to 980 m), geográfico (oriente-occidente) y topográfico (paisaje de fondo). Finalmente, provee un análisis espacial del número de especies por estación bajo la luz de la información ambiental disponible y los recientes hallazgos de evidencias de ecosistemas de profundidad en Colombia. Como resultado de esto, 343 especies de peces demersales de profundidad incluidas en 26 órdenes y 92 familias fueron identificadas para el Caribe colombiano. Seis ensamblajes de peces fueron hallados en el talud continental principalmente caracterizados por profundidad y ubicación geográfica. Basado en los resultados del análisis espacial, tres áreas de agregación de biodiversidad de la ictiofauna fueron identificadas entre 300 y 500 m de profundidad en la parte continental del Caribe colombiano y una en aguas insulares. Las áreas de la parte continental están localizadas cercanas a sitios donde fueron registrados previamente ecosistemas de arrecifes de profundidad. Los resultados sustentan la idea de las aguas territoriales del Caribe colombiano como un área con altos valores de especies de peces de profundidad comparado con otras regiones de la costa Atlantica occidental. Los datos estructurales sugieren una región nororiental que presenta altas concentraciones de riqueza de especies y abundancias entre la parte baja del sector superior del talud y la parte superior de la parte media del talud (275 – 602 m). Finalmente, estas agregaciones de peces encontradas adicionan fundamento a la evidencia previamente establecida acerca de la presencia de ecosistemas de profundidad en el Caribe colombiano ubicados entre la zona de quiebre de la plataforma y la parte media del talud continental