VALUTAZIONE DELL'IMPATTO DEL CAMBIAMENTO CLIMATICO SULLA VULNERABILITÀ DEL MAR MEDITERRANEO: CASI DI STUDIO DALLE SPECIE CHIAVE BENTONICHE AI CETACEI

The present thesis explores the complex interplay of environmental challenges, anthropogenic pressures, and climate change impacts on the Mediterranean marine ecosystem, with a particular focus on rising sea temperatures, marine heatwaves, and declining nutrient availability. By addressing key species such as Paracentrotus lividus, Holothuria tubulosa, Mytilus galloprovincialis, Posidonia oceanica, Mullus barbatus, and fin whales (Balaenoptera physalus), my research investigates the cascading vulnerabilities across trophic levels. Integrating experimental data, thermal performance curves (TPCs), habitat suitability analyses, and IPCC climate projections, my work evolves around the examination of how temperature-induced physiological changes propagate through food webs, reshaping ecosystem functionality and biodiversity. My findings reveal species-specific responses to rising temperatures, offering a detailed understanding of the thermal vulnerability of commercially and ecologically key species. For instance, TPCs developed in my research identified critical physiological thresholds and thermal refuge areas for the studied species. These results are complemented by the literature, which suggests that rising sea temperatures, coupled with oligotrophic conditions, habitat fragmentation, and genetic diversity loss, could exacerbate pressures on marine ecosystems and compromise critical ecological functions. Within this context, the N Western Mediterranean emerges as a potential thermal refugia, where localized oceanographic features, such as upwelling events, may mitigate declines in primary productivity, highlighting spatial heterogeneity in climate change impacts. My thesis advances the scientific understanding of marine thermal vulnerability by linking species-specific physiological responses to spatially explicit habitat suitability models. The outcomes of my studies, emphasize the importance of integrating ecological insights into adaptive management strategies contributing directly to advancing Sustainable Development Goal 14 (SDG-14; Life Below Water), which emphasizes the conservation and sustainable use of marine resources, while aligning with SDG-13 by addressing climate action. By supporting initiatives such as the Pelagos Agreement, optimizing Marine Protected Areas, and addressing socio-ecological gaps, this work provides actionable guidance for policymakers, stakeholders, and conservation practitioners. The identification of thermal refugia and projections of habitat suitability shifts offer a basis for informed decision-making, ensuring the resilience of key species and the sustainable management of marine resources in the Mediterranean. Ultimately, my research studies highlight the urgency of designing adaptive governance frameworks that respond to climate-driven challenges while safeguarding biodiversity, ecosystem services, and the Blue Economy. By bridging science and policy, my thesis offers a pathway to preserve the Mediterranean's unique marine environment for future generations amidst escalating environmental pressures.

La presente tesi esplora le complesse interazioni tra le sfide ambientali, le pressioni antropiche e gli impatti dei cambiamenti climatici sull'ecosistema marino del Mediterraneo, con un focus particolare sull'aumento delle temperature marine, le ondate di calore e la diminuzione della disponibilità di nutrienti. Analizzando specie chiave come Paracentrotus lividus, Holothuria tubulosa, Mytilus galloprovincialis, Posidonia oceanica, Mullus barbatus e le balenottere comuni (Balaenoptera physalus), la mia ricerca indaga le vulnerabilità a cascata attraverso i livelli trofici. Integrando dati sperimentali, curve di performance termica (TPCs), analisi di idoneità degli habitat e proiezioni climatiche dell’IPCC, il lavoro si concentra sull’esame di come i cambiamenti fisiologici indotti dalla temperatura si propaghino attraverso le reti trofiche, rimodellando la funzionalità degli ecosistemi e la biodiversità. I miei risultati rivelano risposte specifiche delle specie all’aumento delle temperature, offrendo una comprensione dettagliata della vulnerabilità termica di specie commerciali ed ecologicamente rilevanti. Ad esempio, le TPCs sviluppate nella mia ricerca hanno identificato soglie fisiologiche critiche e aree di rifugio termico per le specie studiate. Tali risultati sono ulteriormente supportati dalla letteratura, che suggerisce come l’aumento delle temperature marine, combinato con condizioni oligotrofiche, frammentazione degli habitat e perdita di diversità genetica, possa aggravare le pressioni sugli ecosistemi marini e compromettere le funzioni ecologiche fondamentali. In questo contesto, il Mediterraneo nord-occidentale emerge come un potenziale rifugio termico, dove caratteristiche oceanografiche locali, come gli eventi di risalita (upwelling), potrebbero attenuare il declino della produttività primaria, evidenziando l'eterogeneità spaziale degli impatti dei cambiamenti climatici. La mia tesi contribuisce ad avanzare la comprensione scientifica della vulnerabilità termica marina, collegando le risposte fisiologiche specifiche delle specie a modelli spazialmente espliciti di idoneità degli habitat. I risultati dei miei studi sottolineano l'importanza di integrare le conoscenze ecologiche nelle strategie di gestione adattiva, contribuendo direttamente al raggiungimento dell'Obiettivo di Sviluppo Sostenibile 14 (SDG-14; Life Below Water), che promuove la conservazione e l’uso sostenibile delle risorse marine, e allineandosi con l’SDG-13 (Climate Action), incentrato sull’azione per il clima. Supportando iniziative come il “Pelagos Agreement”, ottimizzando le Aree Marine Protette e colmando le lacune socio-ecologiche, questo lavoro offre indicazioni pratiche per decisori politici, stakeholder e operatori della conservazione. L'identificazione di rifugi termici e le proiezioni sui cambiamenti di idoneità degli habitat forniscono una base per decisioni informate, garantendo la resilienza delle specie chiave e una gestione sostenibile delle risorse marine nel Mediterraneo. In definitiva, i miei studi evidenziano l'urgenza di progettare quadri di governance adattivi in grado di rispondere alle sfide climatiche salvaguardando al contempo la biodiversità, i servizi ecosistemici e la Blue Economy. Collegando scienza e strategia, la mia tesi propone un percorso per preservare l’unicità dell’ambiente marino del Mediterraneo per le generazioni future, in un contesto di crescenti pressioni ambientali.