die-off

BSc Thesis

Abstract

Mangrove forests are among the most productive ecosystems on the planet. However, the global mangrove area is decreasing annually by 0.7% - 3%. For mangrove areas in semi-arid to arid climates, salinity is one of the causes for a decrease in mangrove canopy and tree die-off. This process occurs in mangrove forests and the backwaters near the main land. Because of their location and the presence of sediments, water circulation from the seaside becomes limited.

The backwaters near the mainland become shallow, warmer and isolated compared to the rest of the seawater, which results in increasing evapotranspiration and salinity rates. Lac Bay on Bonaire is a place where the salinity of the backwaters increase and where sediments limit the water circulation. In this case study, the electrical conductivity (EC) and sediment depths (SD) are measured to assess the current situation concerning the EC and SD variety in the backwaters of the mangrove forest at Lac Bay. This is done in two different areas in the backwaters: Area 1 and Area 2. In addition, the EC is measured twice to see if the EC changes over time and a third area is used as a reference site. The results show that the measured range of the EC in Area 1 and Area 2 is between 85 mS/cm - 128 mS/cm. The measured range of the sediment depths in Area 1 and Area 2 is between 1 cm – 379 cm. Furthermore, the EC values change over time and, with some exceptions, the greatest values are found the furthest from the feeder channels, which provide water from Lac Bay towards the backwaters. The tides are also a possible factor for the water to flow over a broader mangrove area towards the backwaters. This causes exceptions on the general pattern where EC increases with distance to feeder channels. Overall, the SD gradually increases with distance to the mainland. Some local exceptions from this pattern were measured in Area 2 and could be possible due to irregularities in the underlaying bedrock. In addition, the sediment inflow in the northern part of Area 1 causes some greater values than the surround areas.

These results and conclusions provide a baseline for follow-up research. This follow-up research should focus on factors which will prevent sediment inflow and help to reduce the EC values to make it possible to restore the previous state of the mangroves.

The massive die-off of hte sea urchin Diademan antillarum in 1983-1984 is one of the main reasons for low coral recuirtmenat and little coral recovery in the Caribbean. As the natural recovery of D. antillarum is slow to non-existent, multiple restoration studies have been attempted. There are currently three different approaches to obtain individuals for restocking: the translocation of wild-collected juveniles or adults, lab-reared juveniles cultured from wild=collected settlers, or lab-reared juveniles cultured from gametes. All three methods are costly and can only be applied on a relatively small scale.  We propose a fourth, new, approach, which we term assisted natural recovery (ANR) of D. antillarum populations. 

https://books.google.com/books?hl=en&lr=&id=ZNjpEAAAQBAJ&oi=fnd&pg=PA10&...

Dutch below

Over the past few weeks, Bonaire and Curacao have witnessed a large number of sharp-nose pufferfish washing ashore.  Interestingly, this die off seems to mirror a 2017 event of the same species near Costa Rica.  This die-off is not only a concern for the pufferfish, but also similar fish or animals that may feed on sick pufferfish, such as green turtles. 

Sharpnose pufferfish. Photo credit: Rudy Van Geldere

The sharp-nose pufferfish (Canthigaster rostrata) is a small species of pufferfish found throughout the Caribbean. It is relatively small, growing up to only 7cm in length, and is easily recognizable by its beaked snout and black and white stripes on its body. This fish is often found in shallow waters around coral reefs, where it feeds on algae and small invertebrates. While it may seem harmless due to its small size, the sharp-nose pufferfish is actually quite toxic. Like all pufferfish, it contains a potent toxin known as tetrodotoxin, which is found in its skin, liver, and other organs.

Bonaire and Curacao

In recent weeks, Bonaire and Curacao have seen a large number of these pufferfish washing ashore.  Although the root cause is still unknown, it is likely linked to the population explosion seen on the reef the months before.  This parallels to the 2017 mass mortality event that occurred along the Caribbean coast of Costa Rica.

Costa Rica

After this incident in Costa Rica, individual pufferfish were collected and studied to identify the cause of this mass die off.  It was thought this episode could be linked to similar events in other Caribbean locations and may be associated with changes in sea temperature or resource exhaustion during their recruitment period. In the end, no single cause could be identified, but this study highlighted the need to document and monitor indicators of changes in the ocean, and scientifically document mass mortality events.

Impacts

Sick sea turtle. Photo credit: STCB

The sight of hundreds of these tiny pufferfish washing ashore on Bonaire and Curacao immediately raised concern on the islands. In addition to being alarming for residents and tourists, these sick pufferfish can also have a significant impact on animals who may be scavenging for food, as these fish can be quite toxic.  Green sea turtles are opportunistic feeders, meaning they will quickly snack on dead fish they find along the reef.  Sea Turtle Conservation Bonaire (STCB) has already had several reports of sick green turtles since the start of this incident. STCB has had eight turtles in rehab so far and has conducted necropsies on two juvenile green turtles. During the necropsy, STCB discovered 37 pufferfish, a lethal snack for a young green turtle, in the stomach of one of the turtles.

Implications

Although there is still no clear answer as to what has caused this mass die off, it is likely linked to the population boom seen in the months before. Extreme competition for resources could leave large numbers of their population undernourished or vulnerable to disease.  It does not seem that whatever caused this mass die off is affecting other species of fish, but it is important to stay vigilant and report any unusual sightings to the local park authorities.

DCNA

The Dutch Caribbean Nature Alliance (DCNA) supports science communication and outreach in the Dutch Caribbean region by making nature related scientific information more widely available through amongst others the Dutch Caribbean Biodiversity Database, DCNA’s news platform BioNews and through the press. This article is part of a series of articles on ‘Invasive Alien Species in the Dutch Caribbean”. This article contains the results from several scientific studies but the studies themselves are not DCNA studies. No rights can be derived from the content. DCNA is not liable for the content and the in(direct) impacts resulting from publishing this article.

Bonaire en Curaçao hebben de afgelopen weken een groot aantal spitsneus kogelvissen zien aanspoelen. Interessant genoeg lijkt deze sterfte een afspiegeling te zijn van een gebeurtenis in 2017 van dezelfde soort in de buurt van Costa Rica. Dit afsterven is niet alleen een zorg voor de kogelvis, maar ook voor soortgelijke vissen of dieren die zich kunnen voeden met zieke kogelvissen, zoals groene schildpadden.

spitsneus kogelvis. Foto: Rudy Van Geldere

De spitsneus kogelvis (Canthigaster rostrata) is een kleine soort kogelvis die door het hele Caribisch gebied voorkomt. Hij is relatief klein, groeit tot slechts 7 cm lang en is gemakkelijk te herkennen aan zijn snavelvormige snuit en zwart-witte strepen op zijn lichaam. Deze vis wordt vaak aangetroffen in ondiepe wateren rond koraalriffen, waar hij zich voedt met algen en kleine ongewervelde dieren. Hoewel hij misschien onschadelijk lijkt vanwege zijn kleine formaat, is de spitsneus kogelvis eigenlijk behoorlijk giftig. Zoals alle kogelvissen bevat het een krachtige toxine, bekend als tetrodotoxine, dat wordt aangetroffen in zijn huid, lever en andere organen.

Bonaire en Curaçao

De afgelopen weken zagen Bonaire en Curaçao een groot aantal van deze kogelvissen aanspoelen. Hoewel de oorzaak nog onbekend is, houdt deze waarschijnlijk verband met de explosieve groei van de  spitsneus kogelvis populatie die de maanden ervoor op het rif was waargenomen. Dit loopt parallel met de massale sterfte in 2017 langs de Caribische kust van Costa Rica.

Costa Rica

Na dit incident in Costa Rica werden individuele kogelvissen verzameld en bestudeerd om de oorzaak van deze massale afsterving te achterhalen. Men dacht dat deze episode verband zou kunnen houden met soortgelijke gebeurtenissen op andere Caribische locaties en mogelijk verband zou houden met veranderingen in de zeetemperatuur of uitputting van voedingsstoffen tijdens hun rekruteringsperiode. Uiteindelijk kon geen enkele oorzaak worden geïdentificeerd, maar deze studie benadrukte de noodzaak om indicatoren van veranderingen in de oceaan te documenteren en te volgen, en om massale sterfte episodes wetenschappelijk te documenteren.

Effecten

Zieke zeeschildpad. Foto: STCB

De aanblik van honderden van deze kleine kogelvisjes die aanspoelden op Bonaire en Curaçao veroorzaakte onmiddellijk bezorgdheid op de eilanden. Behalve dat ze alarmerend zijn voor bewoners en toeristen, kunnen deze zieke kogelvissen ook een aanzienlijk effect hebben op dieren die mogelijk op zoek zijn naar voedsel, omdat deze vissen behoorlijk giftig kunnen zijn. Groene zeeschildpadden zijn opportunistische eters, wat betekent dat ze snel zullen snoepen van dode vissen die ze langs het rif vinden. Sea Turtle Conservation Bonaire (STCB) heeft sinds het begin van dit incident al meerdere meldingen gehad van zieke groene schildpadden. STCB heeft tot nu toe acht schildpadden in revalidatie gehad en heeft necropsies uitgevoerd op twee jonge groene schildpadden. Tijdens een necropsie ontdekte STCB 37 kogelvissen, een dodelijke snack voor een jonge groene schildpad, in de maag van een van de schildpadden.

Implicaties

Hoewel er nog steeds geen duidelijk antwoord is op de vraag wat de oorzaak is van deze massale sterfte, houdt dit waarschijnlijk verband met de explosieve populatiegroei in de maanden ervoor. Extreme concurrentie om voedingsstoffen kan ertoe leiden dat grote aantallen van de populatie ondervoed raken of vatbaar worden voor ziekten. Het lijkt er niet op dat de oorzaak van deze massale sterfte andere vissoorten treft, maar het is belangrijk om waakzaam te blijven en ongewone waarnemingen te melden aan de plaatselijke parkautoriteiten.

DCNA

De Dutch Caribbean Nature Alliance (DCNA) ondersteunt wetenschapscommunicatie en outreach in de Nederlandse Caribische regio door natuurgerelateerde wetenschappelijke informatie breder beschikbaar te maken via onder andere de Dutch Caribbean Biodiversity Database, DCNA’s nieuwsplatform BioNews en de pers. Dit artikel bevat de resultaten van verschillende wetenschappelijke onderzoeken, maar de onderzoeken zelf zijn geen DCNA-onderzoeken. Aan de inhoud kunnen geen rechten worden ontleend. DCNA is niet aansprakelijk voor de inhoud en de indirecte gevolgen die voortvloeien uit het publiceren van dit artikel.

Published in BioNews 65

Dutch below

Long-spined sea urchins (Diadema antillarum) help maintain healthy coral reefs by grazing on algae. In 2022, there was a die-off of long-spined sea urchins in the Caribbean. A team of researchers has recently uncovered that a ciliary animal- a microscopic single-celled organism- was causing this die off. This is an important first step towards predicting and possibly preventing these types of disease outbreaks in the future.  

Diadema antillarum. Photo credit: Alwin Hylkema

Diadema sea urchins play a critical role in maintaining healthy coral reefs. Diadema sea urchins help sustain the delicate balance within the coral reef by grazing on algae, which are the main competitors of corals for space and light. In the mid-1980s, a disease swept through the Caribbean, wiping out nearly the entire sea urchin population.  

A new mass die off was first observed in January 2022 in the US Virgin Islands. Over the next four months, these mass die offs were observed throughout the Caribbean, spanning more than 1,300 km from north to south and 2,500 km from east to west. These disease symptoms observed in the 2022 mass die-off were very similar to those observed during the die-off in the 1980s. Infected sea urchins quickly became ill and up to 99% of a population died within a few weeks.  

Unraveling the Mystery

An international team of scientists, including researchers from Van Hall Larenstein University of Applied Sciences and Wageningen University, have now established that a ciliate (a single-celled organism characterized by the presence of hair-like structures) was responsible for the mass mortality. This was found by comparing the genetic material of healthy and sick sea urchins with all kinds of potential pathogens. A ciliary animal (Philaster sp.) was present in all diseased sea urchins and absent in healthy sea urchins from other sites.  

The pathogen was then isolated in Florida and healthy sea urchins exposed to it in the lab soon showed the same disease symptoms. Subsequently, the cilia were found in the diseased sea urchins, providing clear evidence that these cilia were the primary pathogen causing the mass death.  

Sick sea urchin. Photo credit: Alwin Hylkema

Next Steps 

This discovery has now been published and represents an important first step towards predicting and possibly preventing these types of disease outbreaks in the future. This is essential, as the grazing activities of the Diadema sea urchins are crucial for the conservation of the Caribbean coral reefs. 

Restoration 

Fortunately, some Diadema populations have survived. In the RAAK Pro Diadema project Van Hall Larenstein University works closely together with other research institutes and local partners to restore long spined sea urchin populations on the coral reefs around Saba and St. Eustatius. This project is showing promising results in supporting regional efforts for restoring degraded coral reefs in the Caribbean. 

DCNA  

The Dutch Caribbean Nature Alliance (DCNA) supports science communication and outreach in the Dutch Caribbean region by making nature related scientific information more widely available through amongst others the Dutch Caribbean Biodiversity Database, DCNA’s news platform BioNews and the press. This article contains the results from several scientific studies but the studies themselves are not DCNA studies. No rights can be derived from the content. DCNA is not liable for the content and the in(direct) impacts resulting from publishing this article.  

For more information:

tom.wijers@hvhl.nl

alwin.hylkema@hvhl.nl

Hylkema, A., Kitson-Walters, K., Kramer, P. R., Patterson, J. T., Roth, L., Sevier, M. L., … & Lang, J. C. (2023). The 2022 Diadema antillarum die-off event: Comparisons with the 1983-1984 mass mortality. Frontiers in Marine Science, 9, 2654.

Or check out the Special Edition BioNews covering last year’s Diadema die offs https://dcnanature.org/special-edition-diadema

Diadema zee-egels (Diadema antillarum) helpen gezonde koraalriffen te behouden door op algen te grazen. In 2022 was er een uitsterving van Diadema zee-egels in het Caribisch gebied. Een team van onderzoekers heeft onlangs ontdekt dat een ciliaat, een microscopisch klein eencellig organisme, deze uitsterving veroorzaakte. Dit is een belangrijke eerste stap om dit soort ziekte-uitbraken in de toekomst te voorspellen en mogelijk te voorkomen.

Diadema antillarum. Foto: Alwin Hylkema

Diadema zee-egels spelen een cruciale rol bij het behoud van gezonde koraalriffen. Diadema zee-egels helpen het delicate evenwicht binnen het koraalrif te behouden door te grazen op algen, de belangrijkste concurrenten van koralen voor ruimte en licht. Halverwege de jaren tachtig raasde een ziekte door het Caribisch gebied en roeide bijna de hele zee-egel populatie uit.

Een nieuwe massale uitsterving werd voor het eerst waargenomen in januari 2022 op de Amerikaanse Maagdeneilanden. Gedurende de volgende vier maanden werden deze massale uitstervingen waargenomen in het hele Caribisch gebied, verspreid over meer dan 1.300 km van noord naar zuid en 2.500 km van oost naar west. Deze ziektesymptomen die werden waargenomen tijdens de massale afsterving in 2022 leken sterk op de symptomen die werden waargenomen tijdens de afsterving in de jaren tachtig. Geïnfecteerde zee-egels werden snel ziek en tot 99% van de zee-egel populatie stierf binnen enkele weken.

Het mysterie ontrafelen

Een internationaal team van wetenschappers, waaronder onderzoekers van Hogeschool Van Hall Larenstein en Wageningen Universiteit, heeft nu vastgesteld dat een ciliaat (een eencellig organisme gekenmerkt door de aanwezigheid van haarachtige structuren) verantwoordelijk was voor de massale sterfte. Dat bleek door het erfelijk materiaal van gezonde en zieke zee-egels te vergelijken met allerlei potentiële ziekteverwekkers. Een ciliaat (Philaster sp.) was aanwezig in alle zieke zee-egels en afwezig in gezonde zee-egels van andere vindplaatsen.

De ziekteverwekker werd vervolgens geïsoleerd in Florida en gezonde zee-egels die eraan werden blootgesteld in het laboratorium vertoonden al snel dezelfde ziektesymptomen. Vervolgens werden de ciliaten gevonden in de zieke zee-egels, wat een duidelijk bewijs was dat deze ciliaten de primaire ziekteverwekkers waren die de massale sterfte veroorzaakte.

Diadema antillarum. Foto: Alwin Hylkema

Volgende stappen

Deze ontdekking is nu gepubliceerd en vormt een belangrijke eerste stap in de richting van het voorspellen en mogelijk voorkomen van dit soort ziekte-uitbraken in de toekomst. Dit is essentieel, aangezien het grazen van de Diadema zee-egels cruciaal is voor het behoud van de Caribische koraalriffen.

Restauratie

Gelukkig hebben sommige Diadema populaties het overleefd. In het RAAK Pro Diadema-project werkt Hogeschool Van Hall Larenstein nauw samen met andere onderzoeksinstituten en lokale partners om populaties Diadema zee-egels op de koraalriffen rond Saba en Sint Eustatius te herstellen. Dit project laat veelbelovende resultaten zien bij het ondersteunen van regionale inspanningen voor het herstel van aangetaste koraalriffen in het Caribisch gebied.

DCNA

De Dutch Caribbean Nature Alliance (DCNA) ondersteunt wetenschapscommunicatie en outreach in de Nederlandse Caribische regio door natuurgerelateerde wetenschappelijke informatie breder beschikbaar te maken via onder andere de Dutch Caribbean Biodiversity Database, DCNA’s nieuwsplatform BioNews en de pers. Dit artikel bevat de resultaten van verschillende wetenschappelijke onderzoeken, maar de onderzoeken zelf zijn geen DCNA-onderzoeken. Aan de inhoud kunnen geen rechten worden ontleend. DCNA is niet aansprakelijk voor de inhoud en de indirecte gevolgen die voortvloeien uit het publiceren van dit artikel.

Voor meer informatie:

Alwin.hylkema@wur.nl

Tom.wijers@wur.nl

Of bekijk de Special Edition BioNews over de Diadema die-offs.

Published in BioNews 64

Help Protect Sea urchins

Help us track sea urchin health in the Caribbean by adding your observations of healthy, sick or dead urchins. These reports will allow us to determine the causes and work on restoration approaches. You can report your sightings by visiting the AGRRA website (https://www.agrra.org/sea-urchin-die-off/)

The causative agent of the urchin deaths is not known but may be water-borne and may spread through contact. Pathogens can survive on snorkel/dive gear. To potentially help reduce the spread of pathogens, snorkelers and divers can:

– Have good buoyancy and don’t touch any urchins or other reef life.

– Rent gear locally.

– Decontaminate dive gear after each dive.

– Dive on clean sites before (known) infected sites

All divers should use caution to not further spread this potential disease. Never touch any healthy, sick or dead sea urchins, as you could be spreading the disease. Be mindful and careful about your gear and fins, in order to avoid any touching or stirring up sediment.

Special Diadema BioNews Edition Navigation

• Introduction
• Background and Current State
• Restoration Efforts
• What you can do to help

Long-spined sea urchins (Diadema antillarum) play a critical role in maintaining healthy coral reefs.  By grazing on algae, these sea urchins keep algae growth in check while also providing settlement space for corals. Unfortunately, this species was decimated in the mid-1980s, when a disease spread throughout the Caribbean, nearly wiping out their entire population.  Alarmingly, since February 2022, new reports identify similar extensive die-offs. Scientists and local reef managers are working to identify causes and improve restoration approaches.

In this Special Issue Bionews  you will find information concerning:

• • Background and Current State
  • Restoration Efforts
  • What you can do to help
  • Other related articles (see below)

Dead and dying long-spined sea urchins. Photo credit: Kimani Kitson-Walters