Η διαχείριση της ανιχνευσιμότητας στις υποβρύχιες οπτικές δειγματοληψίες

Η κατανομή και η αφθονία των θαλάσσιων οργανισμών αποτελούν κύριο θέμα μελέτης της θαλάσσιας οικολογίας. Για τα προστατευόμενα είδη και τα είδη των οποίων το ενδιαίτημα είναι ιδιαίτερα ευαίσθητο σε καταστρεπτικές δειγματοληπτικές μεθόδους, ο ενδεδειγμένος τρόπος δειγματοληψίας που στοχεύει στην εκτίμηση της αφθονίας ή του εύρους εξάπλωσής τους προβλέπει την αποκλειστική χρήση οπτικών, μη καταστρεπτικών μεθόδων. Ωστόσο, η εφαρμογή οπτικών μεθόδων δειγματοληψίας για τη μελέτη θαλάσσιων μεγαβενθικών οργανισμών παρουσιάζει ορισμένες ιδιαιτερότητες και δυσκολίες που οφείλονται στη φύση του υποβρύχιου περιβάλλοντος και στη φυσιολογία του δύτη-ερευνητή που πραγματοποιεί την υποβρύχια δειγματοληψία, δημιουργώντας προϋποθέσεις για σφάλματα και αυξάνοντας την πιθανότητα μη έγκυρων εκτιμήσεων. Μια από τις σημαντικότερες παραμέτρους που είναι δυνατόν να οδηγήσει σε σημαντικά σφάλματα εάν δεν ληφθεί υπόψη κατά την ανάλυση των δεδομένων των οπτικών δειγματοληψιών είναι η ανιχνευσιμότητα του είδους-στόχου, που αφορά στο μη πλήρη εντοπισμό όλων των ατόμων του είδους στην εκάστοτε επιφάνεια διερεύνησης. Στόχος της παρούσας διδακτορικής διατριβής είναι η διερεύνηση και η ανάδειξη του προβλήματος της ατελούς ανίχνευσης στις υποβρύχιες οπτικές μεθόδους δειγματοληψίας και η προσαρμογή μεθοδολογικών προσεγγίσεων που συνεκτιμούν την ανιχνευσιμότητα για τη βέλτιστη εφαρμογή τους στο υποβρύχιο περιβάλλον. Οι μέθοδοι εκτίμησης αφθονίας ή/και πληθυσμιακής πυκνότητας μέσω οπτικών δειγματοληψιών που είναι πρακτικά δυνατό να εφαρμοστούν στο υποβρύχιο περιβάλλον είναι οι εξής: α) η Δειγματοληψία Πλήρους Καταμέτρησης (ΔΠΚ) σε δειγματοληπτικές επιφάνειες, β) η Δειγματοληψία Αποστάσεων (ΔΑ), γ) η μέθοδος σύλληψης-επανασύλληψης κατά Lincoln-Petersen ή δειγματοληψία Διπλής Καταμέτρησης (ΔΚ) και δ) η Δειγματοληψία Διπλής Καταμέτρησης Αποστάσεων (ΔΔΚΑ). Για τη συγκριτική εξέτασή των παραδοχών τους ως προς την ανιχνευσιμότητα και της αποτελεσματικότητάς τους ως προς την αμεροληψία και την πιστότητα των εκτιμήσεών τους, έγινε ταυτόχρονη εφαρμογή των παραπάνω μεθόδων σε 4 ανεξάρτητες μελέτες εκτίμησης μεγέθους πληθυσμού διαφορετικών μεγαβενθικών οργανισμών: του Σπόγγου Aplysina aerophoba στον όρμο της Παλαιάς Επιδαύρου στο Σαρωνικό κόλπο, του Δίθυρου Pinna nobilis στο Εθνικό Θαλάσσιο Πάρκο Ζακύνθου, του Κεφαλόποδου Octopus vulgaris στον κόλπο του Κόρφου στον Σαρωνικό κόλπο και των Ακτινοπτερύγιων Hippocampus hippocampus και Η. guttulatus στον όρμο Λιβαδόστρας στον Κορινθιακό κόλπο. Οι εν λόγω μελέτες επιλέχθηκαν ώστε να εξεταστούν διαφορετικές περιπτώσεις και συνθήκες που είναι πιθανόν να επηρεάζουν την ανιχνευσιμότητα των οργανισμών που μελετώνται, όπως η πολυπλοκότητα του βιότοπου, η ικανότητα απόκρυψης του οργανισμού στόχου, η υποβρύχια ορατότητα, κ.λπ. Σε όλες αυτές τις μελέτες συγκεντρώθηκαν κοινά δεδομένα που αναλύθηκαν με την προτεινόμενη αναλυτική προσέγγιση της κάθε μεθόδου. Συγκεκριμένα, η ΔΔΚΑ εφαρμόστηκε στο για πρώτη φορά στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής στο υποβρύχιο περιβάλλον, προτείνοντας κατάλληλα προσαρμοσμένο πρωτόκολλο διαδικασιών υποβρύχιας οπτικής δειγματοληψίας. Στη συνέχεια έγινε σύγκριση των αποτελεσμάτων που προέκυψαν σε κάθε μελέτη μέσω κατάλληλης επαναδειγματοληψίας με χρήση μη παραμετρικού bootstrap και αξιολογήθηκαν οι διαφορές που προέκυψαν από τη χρήση των διαφορετικών μεθόδων εκτίμησης σε σχέση με τις συνθήκες της δειγματοληψίας, των ιδιαιτεροτήτων των συγκεκριμένων οργανισμών και της περιοχής μελέτης. Επιπλέον, χρησιμοποιώντας τα στοιχεία των παραπάνω εμπειρικών μελετών, κατασκευάστηκαν τρεις διαφορετικές περιπτώσεις στοχαστικής αριθμητικής προσομοίωσης υποβρύχιων οπτικών δειγματοληψιών με πολλαπλά σενάρια ανιχνευσιμότητας, κατά τα οποία εξετάστηκε η αποτελεσματικότητα όλων των μεθόδων στην εκτίμηση της αφθονίας και της πληθυσμιακής πυκνότητας του κατά περίπτωση μελέτης εικονικού είδους-στόχου. Τα αποτελέσματα των συγκρίσεων αυτών κατέδειξαν σημαντικές διαφορές στις εκτιμήσεις που προκύπτουν από τη χρήση διαφορετικών μεθόδων στις διαφορετικές περιπτώσεις μελετών και συνθηκών δειγματοληψίας, ιδιαίτερα στις μελέτες εκείνες όπου η ανιχνευσιμότητα είναι χαμηλή.Επιπλέον, στα πλαίσια της αξιολόγησης του ρόλου της ανιχνευσιμότητας στην εκτίμηση του εύρους εξάπλωσης των θαλάσσιων μεγαβενθικών οργανισμών, επιχειρήθηκε η πρώτη υποβρύχια εφαρμογή μεθόδου που λαμβάνει υπόψη την ανιχνευσιμότητα του είδους αυτού και τη συνεκτιμά, μέσα από την πραγματοποίηση επαναληπτικών δειγματοληψιών για τη συλλογή δεδομένων απουσίας/παρουσίας. Για την εφαρμογή της μεθόδου αυτής με ελεύθερη και αυτόνομη κατάδυση, δημιουργήθηκε κατάλληλο πρωτόκολλο πεδίου και δοκιμάστηκε επιτυχώς για τον υπολογισμό της χωρικής κατανομής δύο μεγαβενθικών οργανισμών στο Σαρωνικό κόλπο: του αλλόχθονου Χλωροφύκους Codium fragile fragile και του θαλάσσιου Γαστερόποδου Stramonita haemastoma. Η πιθανότητα «ψευδούς απουσίας» του Stramonita haemastoma που βασίστηκε στα δεδομένα ενός παρατηρητή ήταν ιδιαίτερα υψηλή σε όλες τις περιπτώσεις των ανεξάρτητων παρατηρητών (μεταξύ 0,1 και 0,3), αρκετά χαμηλή σε οποιαδήποτε περίπτωση συνδυασμού 3 παρατηρητών (μικρότερη από 0,025) και πρακτικά μηδενίστηκε στην περίπτωση ταυτόχρονης χρήσης των δεδομένων των πέντε παρατηρητών. Επίσης, η απλή αξιοποίηση δεδομένων παρουσίας/απουσίας ενός οποιοδήποτε παρατηρητή οδήγησε σε υποεκτίμηση της πιθανότητας παρουσίας του Stramonita haemastoma σε κάθε περίπτωση παρατηρητή. Στην περίπτωση του αλλόχθονου Codium fragile fragile, η μοντελοποίηση της πιθανότητας παρουσίας του με χωρικές και περιβαλλοντικές παραμέτρους κατέδειξε την αρνητική συσχέτισή της με την απόσταση από το λιμάνι του Πειραιά και την επιβεβαίωση της υπόθεσης της εισαγωγής του είδους στο Σαρωνικό κόλπο με την μεταφορά από εμπορικά πλοία. Τέλος, στο πλαίσιο των αναγκών της βιολογικής παρακολούθησης προστατευόμενων ειδών και λαμβάνοντας υπόψη τους οικονομικούς περιορισμούς που συχνά χαρακτηρίζουν τις οικολογικές μελέτες στο θαλάσσιο περιβάλλον, δημιουργήθηκε ένα μεθοδολογικό εργαλείο που καθοδηγεί στην επιλογή της –κατά περίπτωση– πλέον οικονομικότερης μεθόδου οπτικής δειγματοληψίας και ανάλυσης δεδομένων για την αμερόληπτη εκτίμηση των παραμέτρων κατάστασης των μεγαβενθικών οργανισμών ενδιαφέροντος. Η εν λόγω μεθοδολογική προσέγγιση στηρίζεται σε μια διαδικασία πολυκριτηριακής ανάλυσης που λαμβάνει υπόψη τα χαρακτηριστικά του είδους στόχου στην περιοχή μελέτης, τη συμπεριφορά του αλλά και τις περιβαλλοντικές συνθήκες που είναι πιθανόν να επηρεάσουν τη δειγματοληψία. Τα κριτήρια που λαμβάνονται υπόψη είναι τα εξής: Α) η πληθυσμιακή πυκνότητα του οργανισμού στόχου, Β) η δομική πολυπλοκότητα του βιότοπου του οργανισμού στην περιοχή μελέτης, Γ) η ικανότητα παραλλαγής του οργανισμού στο φυσικό περιβάλλον και Δ) οι περιβαλλοντικές συνθήκες και άλλες παράμετροι που επηρεάζουν την έκβαση της δειγματοληψίας. Κάθε ένα από τα κριτήρια αυτά σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με την ανιχνευσιμότητα των οργανισμών στόχων στις δειγματοληπτικές επιφάνειες και επηρεάζουν με αυτό τον τρόπο την επιλογή της πλέον κατάλληλης –κατά περίπτωση– μεθόδου εκτίμησης αφθονίας. Για τη βαθμονόμηση των κριτηρίων αυτών αξιοποιήθηκαν τα σχετικά δεδομένα των μελετών που πραγματοποιήθηκαν στα πλαίσια της παρούσας διδακτορικής διατριβής και βάσει αυτών προτάθηκε τρόπος υπολογισμού κατάλληλου δείκτη, οι τιμές του οποίου αντιστοιχίστηκαν σε πρόταση επιλογής συγκεκριμένης μεθόδου εκτίμησης της αφθονίας ή/και της πληθυσμιακής πυκνότητας.