Contribution to the knowledge of the Vulnerable European Spiny Lobster Palinurus elephas (JC Fabricius, 1787): a holistic view with focus at fisheries, and marine pollution in case studies from the Greek

Abstract

The European spiny lobster Palinurus elephas is a vulnerable species that inhabits and is harvested in the Mediterranean Sea and the adjacent Atlantic waters. The fisheries associated with the spiny lobster are mainly conducted with tangle nets, trammel nets, pots, and creels. The fishing pressure has greatly reduced their numbers, changing them from a common shallow coastal species to a largely remnant population. The relative research on the species’ biology and fisheries from the eastern Mediterranean Sea is almost absent. The fishery along the Chalkidiki Peninsula, Greece, is multispecies, and fishing is conducted by a small number of artisanal fishermen mainly using trammel nets. The lobster stock—both spiny and clawed lobsters—declined significantly during the late 1980s and early 1990s, later than most cases in the Mediterranean Sea. However, data regarding the nature and status of the fishery associated with the spiny lobster in Greece are lacking. Data regarding the characteristics of the spiny regional fishery were obtained by interviews and questionnaires. Additionally, fishery surveys were conducted during the main lobster fishing season from 1 May 2017 to 31 August 2017. Sixteen species were identified (15 finfish species and one invertebrate species) as targeted. In total, 79 spiny lobsters were sampled in this study; the population’s sex ratio significantly diverts from the theoretical 1:1 (χ2 = 4.57; p < 0.05), and males were dominant. Both male and female individuals demonstrate negative allometric growth profiles. In addition, no significant differences were observed between sexes. In Greece, thus far, the knowledge and information are sporadic, limited, and/or species-specific, most of which regard finfish fisheries. Furthermore, the national legislation is rather complicated—or too generalized—thus creating great uncertainties. The in-depth knowledge and experience of fishermen should be further acknowledged and utilized, and wider collaborations among scientists, practitioners, and policymakers should be established. The present study poses some thoughts on the effectiveness of the recent EU Landing Obligation and its contribution to the potential restoration of the species.The European spiny lobster is a species of great commercial value, yet a limited scientific knowledge exists on its biology, ecology, and physiology, especially for the stocks from east Mediterranean waters. The northern brown shrimp, a non-indigenous established species, is commercially exploited in regions of the Mediterranean Sea. Both species’ proximate composition and fatty acid profile were assessed for the first time in the Mediterranean region, exhibiting an overall significant statistical difference. Protein, fat, and energy contents were significantly higher in the northern brown shrimp, whereas moisture and ash contents were significantly higher in the European spiny lobster. The proximate composition for both species was well within the reported range for other lobster and prawn species in the Mediterranean Sea.European marine waters are infested with plastic, with an average density of 1 plastic item in every four square-meters. Besides the visible floating plastic pieces, there are particles of micro-scale, known as microplastics (MPs) and nanoplastics (NPs), that have been detected everywhere: in marine biota, coastal sediments and even salt. Research relevant to MPs-NPs ingestion by wild decapods in European waters is limited, and only contemporary, none of which regards the European spiny lobster. This study investigated the MPs and NPs ingestion in the European spiny lobster sampled from the coastal wasters within the area of the National Marine Park of Alonissos, Northern Sporades. The current study dealt with the occurrence and the abundance of MPs and NPs in two tissues of P. elephas. This study was the first ever for the species in European-Mediterranean level. Also, the present study assessed the intake of MPs in gill samples of the spiny lobster. Totally 4102 plastic particles were extracted from the spiny lobster stomach tissues of both sexes. Out of the 63 samples analysed only the three (4.76%) of them were found with no plastic particles. The range of number of MPs in stomachs was from 20 to 273 MPs individual-1. The 98.3% were fragments and the rest (1.7%) were fibres. No statistical differences were found between the MPs size range in female and male spiny lobsters (P>0.05). In total 3833 plastic particles were extracted from the gill tissues of both sexes. MPs were found in all samples (n=50). The 99.17% of the detected particles were fragments and the rest (0.83%) were fibres. The MPs detected in gills ranged from 11 to 339 MPs individual-1. The DLS (Dynamic Light Scattering) method was used in order to evaluate the NPs presence. Nanoplastics were detected in the stomach of 7 out of 31 individuals (22.58%), in stomach tissues. Nanoplastics were detected in 13 gill samples out of 27 (48.1%). The size of NPs in the gill and stomach tissues in female and male spiny lobsters did not statistically differ (Student’s t-test and one-way ANOVA test). total of 43 polymer types were identified in the stomachs and gills of the spiny lobster. Also, our study assessed the accumulation of heavy metals at the edible tail muscle of the spiny lobster. Certain elements were detected above the EU’s Maximum Residue Level (MRL), including arsenic, that its concertation was 783 times fold of MRL. The present results are alarming and the potential human health implications could be serious.Research known as Citizen Science (CS) has been recognized as an important tool for both biodiversity restoration and fisheries management projects through active involvement of citizens and therefore for public environmental awareness too. CS projects should be well designed and state clear questions, that will benefit both the research goals and the citizen scientists themselves. In January 2019, the “Red Fish Project” group was created on Facebook consisting of SCUBA divers and fishers and offering the main data source and the relevant digital material. The project’s establishment was based on previous personal experience and following specific protocols. Further information was provided by personal communications. Till October 21st, 2020, the FB group consisted of 464 members who recorded 348 European spiny lobster individuals from all sub-regions of the Aegean Sea. Based on the findings of the present study it seems that most of the citizens were unaware that the species is listed as “Vulnerable” in the IUCN Red List. Lastly, we discuss the important role of the spiny lobster in the country’s culture and that it can be listed as a charismatic, agship species for citizens to be ocean-literate since it has been shown, that it can raise the interest of recreational divers and increase their awareness

Η παρούσα διδακτορική διατριβή σχετίζεται με το απειλούμενο (τρωτό) είδος αστακού Palinurus elephas (Fabricius, 1787), σε περιοχές του Αιγαίου. Η παρούσα διδακτορική διατριβή είχε μια ολιστική προσέγγιση στο βασικό αντικείμενο μελέτης, δηλαδή τον αστακό. Συγκεκριμένα, στην παρούσα διατριβή εκτιμώνται οι πιθανές επιδράσεις ανθρωπογενών στρεσογόνων παραγόντων όπως η αλιεία και η θαλάσσια ρύπανση. Επίσης, δίνεται έμφαση στην αξιολόγηση της ποιότητας σάρκας, διότι το συγκεκριμένο είδος έχει πολύ υψηλή εμπορική αξία και καταναλώνεται από τον άνθρωπο. Αναλυτικότερα, η παρούσα Διδακτορική Διατριβή αναπτύσσεται: (α) στην αλιεία και αλιευτική βιολογία του είδους σε επιλεγμένες περιοχές, με ή χωρίς συγκεκριμένο καθεστώς προστασίας (πέρα των βασικών απαγορεύσεων), (β) στην αξιολόγηση της επίδρασης της θαλάσσιας ρύπανσης σε βιολογικούς ιστούς. Η έρευνα επικεντρώνεται στα πλαστικά σε μάκρο- μίκρο- και νάνο- κλίμακα, αλλά και στην συσσώρευση βαρέων μετάλλων. Επίσης, (γ) πραγματοποιήθηκε σχετική έρευνα για την ανάλυση της ποιότητας σάρκας, και λιπαρών οξέων και αξιολογήθηκε η θρεπτική αξία. Τέλος, (δ) χρησιμοποιήθηκαν αντισυμβατικές μέθοδοι, με χρήση κοινωνικών μέσων δικτύωσης και πολιτών-επιστημόνων, οι οποίες όμως εντάσσονται στις «καλές πρακτικές» της Ε.Ε.Αναλυτικά, η Διδακτορική Διατριβή περιλαμβάνει τις εξής θεματικές ενότητες:Chapter 1: Introduction – Literature ReviewΗ ενότητα αυτή αφορά την βιβλιογραφική ανασκόπηση, σε διεθνές επίπεδο, τόσο για τους ακανθώδεις αστακούς όσο και για την βασική βιολογία, ανάπτυξη και κατανομή των ειδών, με έμφαση στο P. elephas. Στην συνέχεια γίνεται μια ιστορική ανασκόπηση της αλιείας του P. elephas σε όλη την εξάπλωσή του στην Μεσόγειο Θάλασσα και ανατολικό Ατλαντικό Ωκεανό. Δίνονται στοιχεία για τον εξοπλισμό, τις μεθοδολογίες και γενικότερα την «φύση» της αστακοαλιείας από το 19ο αιώνα ως και την σημερινή εποχή, με στόχο την καλύτερη κατανόηση των αιτιών που οδήγησαν στην υπεραλίευση και στην δραματική μείωση των πληθυσμών. Η συγκεκριμένη ανασκόπηση αποτελούσε βασικό στόχο της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής. Το γενικό ερευνητικό αντικείμενο της Διδακτορικής Διατριβής έχει παρουσιαστεί σε ένα (1) Διεθνές Επιστημονικό Συνέδριο με κριτές. Επίσης, τα δεδομένα αυτά έχουν δημοσιευτεί σε Διεθνές Επιστημονικό Περιοδικό με κριτές (Water, IF: 3.1).Chapter 2: Fisheries and morphology of the spiny lobster. The case studies of Chalkidiki Peninsula, National Marine Park of Alonissos & Northern Sporades Islands and Psara Islands (Aegean Sea). Η ενότητα αυτή σχετίζεται με τις δειγματοληψίες πεδίου στις περιοχές μελέτης που πραγματοποιήθηκαν από το 2017 ως και το 2019. Οι περιοχές μελέτης αφορούν την ευρύτερη περιοχή της Χαλκιδικής, το Εθνικό Θαλάσσιο Πάρκο Αλοννήσου Βορείων Σποράδων και το σύμπλεγμα των νήσων Ψαρών-Αντίψαρων. Στην ενότητα αυτή συλλέχθηκαν μορφομετρικά δεδομένα, δημιουργήθηκαν ερωτηματολόγια και συλλέχθηκαν δεδομένα σχετικά με την τοπική αλιεία αστακών έπειτα από συνεντεύξεις με επαγγελματίες παράκτιους αλιείς στις περιοχές μελέτης. Τα αποτελέσματα έδειξαν πως στην περιοχή της Χαλκιδικής και ειδικότερα του Θερμαϊκού Κόλπου υπάρχουν κατάλληλοι βιότοποι για το μελετώμενο είδος, και πληθυσμοί που αλιεύονται συστηματικά. Κατά την διάρκεια των δειγματοληψιών σημειώθηκε επίσης σημαντική μείωση τόσο στον συνολικό αριθμό των αλιευμένων αστακών, όσο και στο μέγεθός τους. Επιπροσθέτως, διαπιστώθηκαν σημαντικές διαφοροποιήσεις στα μορφομετρικά δεδομένα του είδους μεταξύ των περιοχών μελέτης και επισημάνθηκε η πιθανώς έντονη αλιευτική πίεση που ασκούν στο είδος οι παράκτιοι αλιείς στην ευρύτερη περιοχή των νήσων Ψαρών-Αντίψαρων. Τέλος, η ενότητα αυτή κάνει μια μικρή αναφορά για την πρώτη καταγραφή του ξενικού αστακού Homarus americanus H. Milne Edwards, 1837, στην περιοχή της Χαλκιδικής και αναλύει τις πιθανές επιπτώσεις της παρουσίας του σε σχέση με την τοπική βιοποικιλότητα, τις εν δυνάμει αλληλεπιδράσεις με τα ενδημικά είδη αστακών καθώς και τις πιθανές επιπτώσεις στην τοπική αστακοαλιεία.Τμήμα των δεδομένων αυτών έχουν δημοσιευτεί σε Διεθνές Επιστημονικό Περιοδικό με κριτές (Water, IF: 3.1). Επίσης, η καταγραφή του Homarus americanus H. Milne Edwards, 1837 δημοσιεύτηκε σε Διεθνές Επιστημονικό Περιοδικό με κριτές (BioInvasions Records, IF: 1.6). Επιπροσθέτως, τμήμα των αποτελεσμάτων σχετικά με την περιοχή Ψαρών-Αντίψαρων, θα παρουσιαστούν σε διεθνές συνέδριο με κριτές (Νοέμβριος 2021).Chapter 3: The spiny lobster as seafood, assessing its nutritional value. Proximate Composition &Fatty acids profilesΣτόχος της συγκεκριμένης ενότητας είναι η αξιολόγηση της θρεπτικής αξίας του αστακού, επειδή αποτελεί αλίευμα και καταναλώνεται από τον άνθρωπο. Η αξιολόγηση πραγματοποιήθηκε με πειραματικές διαδικασίες καταγράφοντας το προφίλ της ποιότητας σάρκας (ουράς) του αστακού και το προφίλ των λιπαρών οξέων. Πραγματοποιήθηκε και συγκριτική μελέτη της ποιότητας σάρκας και των λιπαρών οξέων με ένα ξενικό είδος γαρίδας (Penaeus aztecus Ives, 1891), έχοντας ως διττό στόχο την μείωση της αλιευτικής πίεσης στους πληθυσμούς του απειλούμενου αστακού και την αύξηση της αλιευτικής προσπάθειας στους πληθυσμούς της ξενικής γαρίδας, ως διαχειριστικό μέτρο μετριασμού της εξάπλωσης της και ελέγχου του πληθυσμού της. Τα αποτελέσματα των πειραμάτων έδειξαν ότι οι τιμές των παραμέτρων της βιοχημικής σύστασης του Palinurus elephas ήταν εντός των τιμών που παρουσιάζουν τα δεκάποδα-καρκινοειδη. Επίσης, πως οι τιμές των αντίστοιχων παραμέτρων στο προφίλ της ποιότητας σάρκας στα δείγματα της γαρίδας είναι καλύτερες ή ανάλογες με αυτές του αστακού. Έτσι, μια προτίμηση κατανάλωσης της ξενικής γαρίδας θα μπορούσε να συντελέσει, εν μέρη, στην προστασία του αστακού και στον μετριασμού της εξάπλωσης της ξενικής γαρίδας. Επίσης, στην ενότητα αύτη πραγματοποιήθηκε μια μικρή ανασκόπηση σε αποτελέσματα προηγούμενων μελετών σχετικά με την καταγραφή προφίλ ποιότητας σάρκας και των λιπαρών οξέων από δεκάποδα που διαβιώνουν στην Μεσόγειο ή εισάγονται σε χώρες της Ε.Ε., τα αποτελέσματα έδειξαν πως οι τιμές των παραμέτρων της βιοχημικής σύστασης του Palinurus elephas ήταν εντός των τιμών που παρουσιάζουν τα είδη αυτά.Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης ενότητας έχουν δημοσιευθεί, ως επιστημονική εργασία, έχει σε Διεθνές Επιστημονικό Περιοδικό με κριτές (Foods, IF: 4.3).Chapter 4. First evidence of Micro- Nano- plastics ingestion and heavy metals accumulation in biological tissues of the threatened spiny lobster Palinurus elephas (J.C. Fabricius, 1787). A case study from the National Marine Park of Alonissos and Northern Sporades, northeast Aegean Sea, Greece. Η παρούσα ενότητα σχετίζεται με την εκτίμηση ενός ακόμα στρεσογόνου παράγοντα, την θαλάσσια ρύπανση, και την αξιολόγηση της επίδρασής της, στο είδος μελέτης, έπειτα από πειραματικές αναλύσεις σε δείγματα βιολογικών ιστών (βράγχια, στομάχι και μυϊκό ιστό). Οι πειραματικές αναλύσεις αφορούν την συγκέντρωση βαρέων μετάλλων στον μυϊκό ιστό της ουράς, που αποτελεί και το κυριότερο βρώσιμο μέρος. Το βασικότερο πειραματικό τμήμα σχετίζεται με εκτίμηση της παρουσίας πλαστικών μάκρο- μίκρο- και νάνο- σωματιδίων και την αξιολόγηση της επίδρασής τους τόσο στον ίδιο τον οργανισμό όσο και στον άνθρωπο. Επίσης, πραγματοποιήθηκε μια μικρή βιβλιογραφική ανασκόπηση σε δύο επίπεδα, (α) σχετικά με την αξιολόγηση των ήδη υπαρχόντων εργαστηριακών πρωτοκόλλων, σχετικά με την μεθοδολογία χώνευσης των βιολογικών ιστών και (β) με προηγούμενες μελέτες σχετικά με δεκάποδα-καρκινοειδή της Μεσογείου Θάλασσας. Τα βασικά αποτελέσματα δείχνουν μια σαφή συσσώρευση πλαστικών σωματιδίων και στους δύο ιστούς που μελετήθηκαν (στομάχια-βράγχια) ακόμα και σε νανοκλίμακα. Το φαινόμενο συσσώρευσης πλαστικών φαίνεται να είναι αρκετά περίπλοκο μιας και παράγοντες όπως το φύλο, το συνολικό βάρος και μήκος του ζώου, αλλά και το βάρος του κάθε ιστού, είναι πιθανό να επηρεάζουν την κατανομή πλαστικών σωματιδίων. Άξιο αναφοράς είναι το πολύ υψηλό ποσοστό αρσενικού που ανιχνεύθηκε στον ιστό του μυ της ουράς, δεδομένου πως τα δείγματα προέρχονταν από απομονωμένες νησίδες του ΒΑ Αιγαίου Πελάγους.Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης ενότητας θα υποβληθούν σύντομα ως επιστημονική εργασία σε Διεθνές Επιστημονικό Περιοδικό με κριτές (Environmental Pollution, IF:8).Chapter 5: Informing the general public on the threat status of the European spiny lobster. Using scientific data, Citizen-Science, and local ecological knowledgeΣτην ενότητα αυτή αναπτύσσεται η σχετικά νέα μεθοδολογία συλλογής δεδομένων με την ενεργή συμμετοχή Πολιτών-Επιστημόνων, όπου πρόσφατα η Ευρωπαϊκή Επιτροπή την χαρακτήρισε ως μεθοδολογία «Καλής Πρακτικής». Στο πλαίσιο της παρούσας διατριβής στήθηκε ένα πρόγραμμα παρακολούθησης απειλούμενων ειδών και αλιευτικών πόρων, με την ενεργή συμμετοχή Πολιτών-Επιστημόνων και άλλων εμπλεκομένων. Αρχικός στόχος ήταν η ενημέρωση του ευρύ κοινού σχετικά με το καθεστώς απειλής συγκεκριμένων αλιευτικών πόρων, μεταξύ των οποίων και το Palinurus elephas. Η συμμετοχή Πολιτών-Επιστημόνων γίνονταν είτε με απ’ ευθείας επικοινωνία (τηλέφωνο, email κτλ.) ή με χρήση κοινωνικών δικτιών και με την δημιουργία ομάδων. Επιπροσθέτως, συλλέχθηκαν δεδομένα σχετικά με τον τύπο θαλάσσιων οικοτόπων όπως αυτοί ορίζονται στο Εθνικό Σύστημα Παρακολούθησης και σύμφωνα με την Ευρωπαϊκή Οδηγία περί Οικοτόπων. Αυτό, έδωσε την δυνατότητα να χαρτογραφηθούν, σε μικρή και τοπική κλίμακα, οι οικότοποι που σχετίζονται με τον ακανθώδη αστακό. Τέλος, βάση των δεδομένων της ενότητας αυτής μπορούν να εξαχθούν τα παρακάτω. Το ευρύ κοινό δεν είναι καλά πληροφορημένο για το ότι αλιευτικοί πόροι, όπως ο αστακός είναι απειλούμενα είδη και είναι ενταγμένα στην Κόκκινη Λίστα (IUCN Red List). Περιβαλλοντικά ευαίσθητες ομάδες όπως οι αυτοδύτες μπορούν να αποτελέσουν ένα εξαιρετικό δίκτυο παρακολούθησης. Ο αστακός μπορεί να ενταχθεί στα χαρισματικά είδη που πέραν της οικολογικής του σημασίας, φαίνεται να έχει και σημαντικό πολιτισμικό ρόλο μιας και αποτελεί σημαντικό εύρημα για τους ερασιτέχνες αυτοδύτες.Τα αποτελέσματα της συγκεκριμένης ενότητας έχουν υποβληθεί, ως επιστημονική εργασία, και είναι υπό έκδοση (in press) σε Διεθνές Επιστημονικό Περιοδικό με κριτές (Mediterranean Marine Science, IF: 2.3).