CONSERVACIÓN DE LOS ARRECIFES DEL PACÍFICO EN PANAMÁ.

Un análisis ecológico de los hábitats de

coral y la química de las aguas oceánicas en el Parque Nacional Isla Coiba

y zonas costeras del Golfo de Chiriquí.

Luis Camilli

United States Fulbright Scholar Wildlife Conservation Society Fellow

Republica de Panamá 2006-2007

O. Pizarro

Australian Centre for Field Robotics The University of Sydney, NSW 2006

Australia

R. Camilli Woods Hole Oceanographic Institution

Applied Ocean Physics & Engineering Dept. USA

Índice General Índice General..................................................................................................................... 2 Resumen.............................................................................................................................. 3

Introducción .................................................................................................................... 4 Efectos por el Influjo de Nutrientes ................................................................................ 6 Estructura Física y de la Comunidad .............................................................................. 8 Motivación Científica ................................................................................................... 10

Tecnología Nueva: TETHYS & SCUBA COP ................................................................ 10 TETHYS ....................................................................................................................... 10 SCUBA COP ................................................................................................................ 11

Metodología ...................................................................................................................... 13 Comparacion con el muestreo submarino tradicional................................................... 14 Puesta en Práctica del Método ...................................................................................... 15

Resultados y Discusión ..................................................................................................... 17 Especies de corales y otros invertebrados encontrados ................................................ 17 Metodo de Comparación: Video HD & Tradicional de Buceo..................................... 18 Resultados del Muestreo Video HD: Porcentaje de cobertura...................................... 19 Imagines SCUBA COP................................................................................................. 22 Diarios de datos de SCUBA (Dive Logs) ..................................................................... 23 Resultados del Muestreo con TETHYS........................................................................ 24 Comparación de Clorofila con Datos imagenes satelitales (SeaWiFS) ........................ 34

Conclusión ........................................................................................................................ 39 Agradecimientos ............................................................................................................... 41 Bibliografía ....................................................................................................................... 42 Lista de Figuras y Tablas .................................................................................................. 49 Anexos .............................................................................................................................. 51

Tabla de Cobertura Bentíca en el Golfo de Chiriquí .................................................... 51 Guía de Especies de Corales en el Gulfo de Chiriquí, Panamá .................................... 53 Otros invertebrados y algas encontrados ...................................................................... 54

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Resumen Esta investigación identifica y caracteriza arrecifes coralinos virgenes y degradados a lo largo de la zona oeste del ismo de Panamá mediante mapas de transectos ecológicos en immersiones científicas convencionales junto con muestreos a base de: imágenes tridimensionales tomadas in-situ, mediciones de espectometría de masa, clorofila, temperatura, salinidad y batimetría combinandos con navegación precisa. Muestreos sinópticos e in-situ se llevaron a cabo en el Golfo de Chiriquí (Panamá) usando un prototipo de plataforma de arrastre con sensores químicos (TETHYS) diseñado en el Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) y un trineo submarino de toma de imágenes automático (SCUBA COP) diseñado en la University of Sydney. Estos instrumentos fueron desarrollados específicamente para proporcionar información a cerca de los procesos metabólicos fundamentales de fotosíntesis y respiración que suceden en las masas de agua costeras a la vez que se captura visualmente patrones de la arquitectura de los arrecifes, diversidad de corales, substrato béntico, batimetría y heterogenidad de organismos marinos. Los resultados de este estudio han sido incorporados en un Sistema de Información Geográfica (Geographical Information System, GIS). De la misma manera, la composición química del agua y los mapas del habitat bentónico para la República del Panamá fueron creados para mejorar el entendimiento de las dinámicas naturales y humanas que afectan el sistema de arrecifes tropicales dentro del Corredor Biológico del Pacífico. Por último, se espera que esta primera información ecológica obtenida en este estudio promueba una futura colaboración científica internacional para identificar areas amenazadas o prioritarias para su conservación en las provincias costeras de Veraguas y Chiriquí, las cuales están biológicamente ligadas pese a estar actualmente fuera de la zona de protectorado del Parque Nacional de Coiba. Cabe resaltar que este proyecto ha demostrado la posibilidad efectividad en llevar a cabo muestreos rápidos, precios y repetibles (en series de resultados archivables). A la vez que ha desarrollado nuevos equipos y métodos para el estudio de estructuras de comunidades subacuáticas y variabilidad de compuestos químicos y nutrientes a lo largo del tiempo (a mayores escalas en espacio), con un coste menor bastante significante (expresado en horas de trabajo dividido por la cantidad de datos obtenidos) cuando se compara con los métodos tradicionales de muestreo científico actuales.

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Introducción El significado “lugar de Panamá de la palabra de muchos pescados” se deriva probablemente de la gente indígena de Guaraní u otros tribus que habitó el istmo durante las épocas pre-Colombinas. Antiguo midden los depósitos sugieren que la generosidad de estas aguas tropicales fecundas llenó los cascos de los cayucos de la trinchera por más de cinco siglos antes de la llegada de los primeros conquistadores (Linares de Sapir 1968). Una industria pesquera lucrativa y que se ampliaba ha definido ciertamente la producción moderna desde los años 50 mediados de (FAO 2007, Nansen 1987). Desafortunadamente, Panamá puede ser apenas un caso en una tendencia global donde las juergas de eras halcyon se están calificando con más cuentas malas de la declinación de las industrias pesqueras y de la degradación del habitat.

Arrecifes del Pacífico Este Tropical En 2002, un acuerdo para formar un Escape en el Pacífico Este Tropical (también conocido como Corredor Biológico del Pacífico) fue aprobado por los gobiernos de Costa Rica, Panamá, Ecuador y Colombia con el afán de la conservación y desarrollo sostenible de un area de 211 millones de hectareas incluyendo las Islas Galápagos (Ecuador), Gorgona y las Islas Malpelo (Colombia), Isla Coiba (Panamá) y Isla Cocos (Costa Rica).

Los Arrecifes de Panamá En la República de Panamá, los arrecifes coralinos del Caribe están considerados como unos con mayor diversidad en la región del Caribe, mientras que la diversidad de los arrecifes coralinos del Pacífico es la mayor en el continente americano del Pacífico (Chemionics 2004). Se estima que hay 280 km2 de arrecifes a lo largo de las costas del Caribe y el Pacífico. No obstante, una mayor diversidad (68 especies de coral duro) se dan en el Caribe; comparado con el Pacífico (25 especies de coral duro). Las area del litoral, junto con la parte oeste del ismo de Panamá, muestran unas interaciones ecológicas de especies endémicas y migratorias altamente complejas debido en parte a la sobreposición continental: recorridos establecidos de clima tropical y la convergencia de poderosas corrientes marinas que afectan la migración y la distribución de un alto número de especies (Cortes 1997, Glynn 2000, Watts 2005).

Golfo de Chiriquí e Isla Coiba Los arrecifes del Pacífico predominan en islas cercanas a la costa, con los mejores arrecifes bordeando la costa situados dentro del Golfo de Chiriquí (Garzon-Ferriera et.al. 2002). En 1991 el Parque Nacional de la Isla Coiba, situado en el extremo sud-este del Golfo de Chiriquí (Figura 1) con una area marina estimada de 270,125 hectáreas, fue creado que comprenden las áreas insulares de Coiba, Rachería (Coibita), Jicarón, Jicarita, Afuerita, Canal de Afuera, Uva, Contreras, Pájaros y Brincanco (Asamblea Legislativa Republica de Panamá: Ley No. 44, 2004). En Julio de 2005 se convirtió en Patrimonio Mundial por la UNESCO (UNESCO World Heritage Site) (ANAM 1991, 2006). La

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rápida degradación de los arrecifes de coral en el Pacífico este fue observada durante la década de los 80 (Guzmán 1991, Glynn 2000), y ahora dos grandes regiones la costa del Pacífico de Panamá, el Golfo de Chiriquí y el Golfo de Montijo, fueron recientemente identificadas por la Autoridad Nacional del Ambiente Panamá (ANAM 2003) como “areas críticas” altamente vulnerables a las perturbaciones antropogéncias y a la polución. Mientreas los ecosistemas de los arrecifes del lado del Caribe en Panamá han sido aveces bien estudiados (Jackson et. al. 1989; Guzmán 2002; Andrefouet 2005, Toller et al 2001), las areas costeras del Pacífico son menos estudiadas y contienen menos asesoramientos comprensivos del habitat y la diversidad de especies existentes en esta región (Chemionics 2004). Más estudios regionales han sido dirigidos a un pequeño número de arrecifes sin una escala de medición adecuada para capturar la diversidad de los habitats y las especies, así como el requerimiento de un aumento en esfuerzo y escala de muestreo para poder evaluar comprensívamente la complejidad de estas zonas costeras (Guzmán et.al. 2004).

El Gulfo de Panamá

El Gulfo de Chiriquí

Mar Caribe

Mar Pacífico Isla Coiba

Panamá

Figura 1 Mapa de los Mares y Golfos acerca de Panamá

Efectos de la Temperatura Marina Superficial: Sea Surface Temperature (SST), El Niño Southern Oscillation (ENSO) & Upwelling Regiónal Las anomalías positivas de temperatura produjeron que se rompiera la relación simbiótica entre los corales y el alga, zooxanthellae y los corales sufrieron el proceso de blanqueamiento. Calentamiento en el Golfo de Panamá a temperaturas por encima de 20

oC negativamente afectó las tasas de crecimiento de Pocillipora damicornis (Glynn & Stewart 1973) y un aumento de la temperatura ambiental del agua de 1 a 4 oC durante un ENSO excepcionalmente fuerte que causó lavado de las masas de agua y la mortalidad de una gran cantidad de corales zooxanteladas en el Pacífico este (Glynn et al. 2001). Pulsos de aguas frías producto del viento inducieron upwelling en el Golfo de Panamá (Enero – Marzo) con una escala de temperatura entre 15 y 18 oC (la media anual es de 10

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oC), mientras que el no-upwelling ambiental mas caliente del Golfo de Chiriquí produce temperaturas marinas superficiales (SST) de 27 a 29 oC (Schloder & D’Croz 2004, D’Croz & Maté 2004). Debido a su posición, el Golfo de Chiriquí se encuentra protegido por las altas montañas de la Cordillera central de Panamá, de los efectos de los secos vientos alisios del norte, que se manifiestan durante los meses de diciembre a febrero (Rodriguez 2003). Un experimento de laboratorio para probar la tolerancia termal para el género Pocillopora, entre la zona de upwelling en el Golfo de Panamá y la de no-upwelling en el Golfo de Chiriquí, indicaron que la P. damicornis procedente del Golfo de Panamá demostró una mayor vulnerabilidad al estrés termal que el mismo tipo de coral procedente del Golfo de Chiriquí (D’Croz & Maté 2004).

Efectos por el Influjo de Nutrientes La ocurrencia de los filones coralinos y la distribución de la mayoría de los corales del filón-edificio se limitan a las regiones calientes bajas del agua de las zonas tropicales y del subtropics (Veron 1995). Porque los corales evolutionarily se han adaptado a las condiciones nutrientes bajas, los arrecifes coralinos son particularmente susceptibles al eutrophication vía el cargamento nutriente antropogénico. Desprendimientos terrestres en los arrecifes coralinos afectan las tasas de sedimentación, turbidez, Matéria Orgánica de Particulas (Particulate Organic Matter, POM) y Nutrientes Inorgánicos Disueltos (Dissolved Inorganic Nutrients, DIN). La foto degradación de Matéria ogranica disuelta photosynthetically active radiation (PAR) (Chromophoric Dissolved Organic matter, CDOM) demostrada por los altos coeficientes de absorción y fluorescencia en el espectro ultravioleta que atenua en question de días a meses la producción de compuestos de pequeñas moléculas, peróxido de hidrogeno (H2O2), hydroxyl (OH), gases CO2, CO, y COS (Blough & Del Vecchio, 2002). Los ríos proporcionan una mayor fuente de CDOM en la zona costera (Hitchcock et.al. 2004), lo cual en retorno influye en la fotosíntesis mediante la absorción de radiación activa fotosintéticamente (Photosynthetically Active Radiation, PAR) disponible para la producción primaria (Nelson 1995).

Condiciones Eutróficas: Formación de Arrecifes y Diversidad Condiciones eutróficas severas que aparecen para reducir la calcificación del arrecife resultan en puntos de compensación fotosintética menos profunda, cambios en las estructuras de comunidades coralinas y una gran reducción de la riqueza de especies (Fabricius 2005, Thomas et al. 2003, Orpin et. al. 2004). Exposición crónica a grandes cargas de sedimentos generados por estrés antropogénico puede resultar en bajas tasas de colonias y el asentamiento de nuevos reclutas de algunos hermatipicos (coral constructor de arrecifes) y una baja en cobertura de coral duro y densidad coralina (Dikou & van Woesik 2006). Schloder y D’Croz sugieren que el efecto destructivo documentado por el enriquecimiento de nitrato en P. damicornis puede ser de gran relevancia para la conservación de corales debido a qu este es el mayor constructor de arrecifes en areas

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coralinas poco profundas del este del océano Pacífico y que el desarrollo de arrecifes de coral puede ser severamente impactado si los corales son expuestos a escapes de nutrientes provenientes de fertilizantes y herbecides (Glynn et.al. 1984) para la agricultura o deshechos crudos en los desagues. El Golfo de Montijo es una gran cuenca terrestre de agua con 24 sistemas fluviales mayores desembocando en ella y con un población estimada de 103,000 viviendo en la embase de desague (segun los analisis SIG de los datos procedentes del Censo Nacional de Panamá 2000).

Simbiosis y Zooplacton El zooplacton proporciona a los corales con nutrientes tales como el carbono fijo, nitrógeno y fósforo, los cuales no son suministrados por la zooxantela. Tasas de alimentacion de corales (Pocillipora gigantea y P. damicornis el Golfo de Panamá) varian con cambios en la abundancia de zooplacton a lo largo del ciclo lunar, sugiriendo que los corales deben ajustarse a cambios periódicos en fuentes de carbono fijo y nutrientes en escalas de tiempo relativamente cortas (Palardy et.al. 2006). A pesar de que la zooxantela en corales viviendo en aguas oligotróficas se las cree generalmente limitadas por el nitrógeno, un analisis de laboratorio de las tasas de Carbono/Nitrógeno en las bolitas de zooxantela de P. damicornis y P. lobata procedentes del upwelling en el Golfo de Panamá sugiere que hay suficiente nitrógeno y que la simbiosis del coral puede tolerar altas descargas de nutrientes (nutrificación) limitada durante cortos periodos de upwelling en el Golfo de Panamá, pero no nutrificaciones crónicas cuando loas corales son expuestos también a aguas calientes (Schloder & D’Croz 2004).

Turbidez y Respiración Alta turbidez, un oscurecimiento que afecta el desarrollo de corales, de temporada, debido en parte a la elevada abundancia de placton, ocurre en centros principales de upwelling como el Golfo de Panamá. No obstante, alta turbidez, debido a descargas de temporada de agua dulce y inundaciones esporádicas, es mas notable en el Golfo de Chiriquí donde la visibilidad en aguas profundas puede ser reducida a menos de 0,5 metros durante descargas fuertes (Glynn & Ault 2000). En un estudio que emulaba los limites de crecimiento y supervivencia en arrecifes coralinos simbióticos como funciones de disponibilidad de luza y concentración de particulas (turbidez), se halló que las diferencias de especies escasas debido a limites fisiológicos para crecer fueron práctimaente totalmente atribuibles a respuestas funcionales de respiración a la turbidez (Anthony & Connolly 2004).

Medición de Cambios Químicos La composición química del agua intersticial en arrecifes de coral se desvia desde

el agua marina superficial en la que el oxígeno es consumido mientras carbono inorgánico disuelto, H+, nutrientes inorgánicos, sulfide¸calcio disuelto y concentraciones de metano son generalmente elevadas (Tribble 1990). Pruebas de laboratorio muestran que los isótopos en el esqueleto del coral, tejido anfitrión y zooxantela pueden ser utilizados para verificar cambios fisiológicos (un incremento en carbono obtenido heterotróficamente en relacion con el carbono fijo obtenido fotosintéticamente) durante episodios de lavado y recuperación (Rodrigues & Grotolli 2006). A pesar de eso,

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mediciones de campo para comprender cambios geoquímicos y metabólicos de los arrecifes de coral para comparaciones de comunidades en escala de terreno son a menudo intratables. En un atento para medir el metabolimso del arrecife in-situ, a una escala de terreno algo mayor que los flujos de respirometría previamente llevados a cabo, utiliza un cabina béntica de 14 m3 para medir la alcalinidad total (Total Alkalinity, TA), oxígeno disuelto (Dissolved Oxygen, DO), pH, salinidad y temperatura (Yates & Halley 2003).

No obstante, hasta la fecha, técnicas de medición paramétricas in-situ han sido

desarrolladas para cuantificar procesos metabólicos fundamentales de fotosíntesis y respiración mientras a la vez se caracteriza visualmente la estructura del arrecife, topografía, batimetría y heterogenidad del terreno. Una de las principales finalidades es resolver dicha situación con la utilización de máquinas y métodos de última tecnología.

Estructura Física y de la Comunidad

Geomorfología, Rugosidad, Substrato La estructura física de arrecifes y corales de arena atrapan y mineralizan matéria orgánica en partículas y son al menos parcialmente responsables por la regeneración de nutrientes (amonio, nitrato, nitrito, fosfato y silicato) en aguas oligotróficas de arrecifes coralinos (Rasheed et al 2002). En muchos sistemas de arrecife: geomorfología, estructuras de sedimentos y rugosidad se consideran influyentes en la colonización y asentamiento de invertebrados y algas. Del mismo modo están asociados con la creación de zonas de refugio y habitats potenciales (Franklin et al. 2003; Nugues & Roberts 2003; Vermeij 2005). La composición y estructura del subsrato del fondo están correlacionados con ensamblajes de coral y algas (Edinger et. al. 2000; Bellwood & Hughes 2001). A su vez, teorías contemporaneas en Ecología preciden alta cobertura coralina y diversidad de especies asociadas a areas de perturbación intermedia (Connell 1978; Glynn & Ault 2000, McClanahan et.al. 2005). Un muestreo del habitat de corales, mediante un sistema de sensores teledirigido y una verificación in-situ (SCUBA groundtruthing), en el archipielago de San Blas en la zona del Caribe panameño concluyó que la heterogenidad del habitat dentro de areas geomorfológicas tiened a explicar mejor los patrones de diversidad de corales (Andrefouet 2005).

Estructura de la Comunidad y Diversidad Uno de los primeros estudios de las estructuras de comunidades coralinas en zonas opuestas del ismo de Panamá mostró un correlación de diversidad negativa con abundancia y demostró un dominio monoespecífico de Pocillopora damicornis en areas de alta cobertura de coral, excepto en areas expuestas a perturbaciones de depredación por Corona de Espinas (Acanthaster sp.) (Porter 1974). Un estudio similar en Isla Uva en el Golfo de Chirquí encontró 11 especies de escleractinia hermatípicos (especies de corales formadores de arrecifes) y 2 especies de Millepora en una zona que, de otro modo, hubiese sido dominada por P. damicornis y evidentemente abundante con la presencia de predadores Acanthaster (Glynn 1973). Un estudio de diversidad de arrecifes

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de coral en la mayor Area de Protección Marina (Marine Protected Area, MPA) en Panamá, el Parque Nacional de Coiba, demostró que las comunidades de coral mantenian una mayor riqueza de especies de corales de escleractinia y octocorales que de arrecifes de coral. Y posiblemente un fuente importante de larvas para repoblar las areas cercanas dañadas (Guzmán et.al. 2004). Además ha sido observado que la taxa de invertebrados asociados (equinodermos, gasterópodos, poliquetos, tunicados y esponjas) contribuyen relativamente poco al epibentos de las comunidades de coral en Pacífico tropical este cuando se comparan con otras regiones biogeográficas (Glynn & Ault 2000). No obstante, un inventorio reciente de octocorales llevado a cabo en los golfos de Chiriquí y Panamá respectivamente encontró 4 nuevas especies de Pacifigorgia sumando a un total de 15 especiesde Pacifigorgia conocidas en Panamá y 31 especies para la región del Pacífico este (Breedy 2005).

Contabilizando la Biodiversidad del Arrecife Para poder explicar los patrones de biodiversidad que existen en estructuras comunitarias debemos de ser capaces de medir adecuadamente y describir ambientes aleatorios (estochastic) que no son uniformes ni en espacio ni en tiempo (Dornelas et al 2006). La comprensión de las dinámicas de ecosistemas está limitada por escalas de observación de tiempo y espacio. Y para poder explicar patrones emergentes dependientes de la escala en comunidades de arrecifes (Raffaelli 2006, Connell 1997, Murdoch 1999, Hughes 1996) debemos ser capaces de medir adecuadamente ambientes no uniformes y estocásticos (Dornelas et al 2006) y dar cuenta de los comportamientos caóticos que ocurren en lo que, de otro modo, serían estructuras predecibles de comunidades sobre mayores escalas de tiempo y espacio (Bellwood 2001, Edinger 2001, Pandolfini 2002, Ruiz-Zarate 2004). En la immersión acuática se estima el porcentaje de cobertura y la abundancia de invertebrados sésiles, corales, algas y otras especies indicadoras basado en cuadrantes, puntos de intercepción y metodología de transectos; los cuales son métodos tradicionalmente utilizados para el estudio de estructura de comunidades y salud del arrecife (Obura 2001; Jameson 2001; Linton 2003; Jimenez & Cortes 2003; Lopez 2005; Diaz 2002; Edinger et.al. 1998). Para muestreos en aguas con profundidades inferiores a 30 metros, los buceadores pueden improvisar y muestrear según las características de interés y reconocer cuando una zona ha sido previamente revisada. Métodos in-situ aceptados para el muestreo de comunidades bentónicas en las mayores escalas de espacio incluye: immersiones cronometadas, arrastre en superficie de un buceador (MANTA tow) y transectos grabados en video. Mientras que puntos de intercepción junto con transectos de intercepción por lineas, cuadrantes fotográficos y submuestreo por cuandrantes escogidos “al azar” aumentan la informacion a escalas de espacio menores (Kramer 2005, Bass 1996, Page 2001). No obstante, los buceos científicos para el estudio de fenómenos ecológicos están generalmente limitados físicamente alo espacio y tiempo en los cuales se puede muestrear los procesos de interés (Samways 2001, Hill 2004). Muestreos submarinos tradicionales a menudo toman mucho tiempo, resultando en una menor repetición de toma de muestras e intrínsicamente afectados por la opinion subjetiva del observador para determinar el

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porcentaje de cobertura y abundancia. La desventaja de los muestreos por cuadrantes es que superficies planas pueden ser más representadas en relación con superficies en forma de columna. Y con métodos de puntos de intercepción, la desventja es que especies raras y poco comunes no son muestreadas adecuadamente (Hill & Wilkinson 2004). Al comparar métodos tradicionales de muestreo con métodos con sistema de sensores teledirigido, el grado de desacuerdo entre los dos métodos es entre el 30% y el 85%. Hasta ahora, los métodos con sistema de sensores requieren un alto grado de verificación (ground/sea truthing) (Lesser 2004). Este experimento combina recientes mejoras en muestreos basados en visión y diseño de sensores químicos (Singh et.al. 2004, Pizarro et.al. 2006, Camilli et. al. 2004) utilizados en Vehículos Submarinos Autónomos (Autonomous Underwater Vehicles, AUV’s) para poder optimizar la cantidad y calidad de los datos ecológicos recogidos por los buceadores.

Motivación Científica Los datos del muestreo permitirán mediciones cuantitativas de la diversidad y riqueza de especies de invertebrados, algas y corales. Los datos serán comparados con otros transectos muestreados en areas vírgenes y perturbadas en los arrecifes cercanos a la costa mientras se controla la variabilidad ambiental de masas de agua de alrededor para poder entender como los niveles de luz, nutrientes y cargas de partículas afectan las especies de coral y/o las comunidades de arrecife. Algunas de las preguntas a las cual trataremos de dar respuesta son: 1) ¿Las composiciones, diversidad y abundancia de comunidades de invertebrados

sésiles junto con la salud de los arrecifes de coral varía en función de la composición química del agua en el ambiente en comparación con islas geográficamente similares?

a. ¿Cuales son las diferencias/similitudes al realizar una comparación con arrecifes cerca de la costa en el Golfo de Chiriquí?

2) ¿Hay un correlación significante entre: influjos de nutrientes cerca de la costa (en zonas de no-upwelling como el Golfo de Chiriquí), la composición química de columnas de agua y los tipos de organismos que caracterizan zonas uniformes y sistemas de arrecife no-uniformes alrededor de la costa?

3) ¿Cual es la morfología de la cuenca bajo los arrecifes (como composición de los matériales del suelo marino, profundidad) y la extensión del habitat?

4) ¿Cómo varía entre estas areas de arrecifes los niveles de oxígeno disuelto y clorofila en la columna de agua (una aproximación a gran escala de la productividad neta)?

Tecnología Nueva: TETHYS & SCUBA COP

TETHYS Un prototipo de sensor químico integrado de arrastre (TETHYS) fue desarrollado para este proyecto con el fin de caracterizar aguas desde la superficie hasta 30 metros de profundidad sobre un espacio superior a 250 km2 (Figura 2). El TETHYS “pez de arrastre” es un prototipo de sensor última tecnología que contiene un Espectómetro de

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Masa submarino, un Florímetro de Ultravioletas para medir Matéria Organica Disuelta Cromofóricament (Chromophoric Dissolved Organic Matter (CDOM), un Fluorometro de Clorofila (ajustado para medir concentración de clorofila A) y un CTD para medir Conductividad, Temperatura y Profundidad. El Fluorometro Ultravioleta Seapoint proporciona mediciones de fluorescencia de Matéria organica disuelta cromofóricamente con ondas de longitud de alteración/emisión de 370 nm a 440 nm respectivamente. El espectómetro de masa submarina es capaz de medir con gran precisión concentraciones de diferentes clases de elementos químicos disueltos en el agua.

Figura 2 Un foto de TETHYS sensor químico integrado de arrastre En Febrero de 2007, TETHYS fue lanzado durante la época seca, para producir rápidamente transectos costeros y matrices de densidad dentro de las areas de estudio. Los resultados del espectómetro de masa TETHYS fueron integrados con datos de posición GPS y profundidad simultaneamente incluidos. Así como mediciones in-situ de temperatura, salinidad, oxígeno y fluorescencia fueron para las mismas posiciones geográficas y contorno batimétrico. Estos grupos de datos pueden servir para la identificación de posibles contaminantes antropogénicos; junto con la variabilidad en tiempo y espacio de elementos químicos biológicamente activos (como por ejemplo O2, CO2, CH4, C2H5OH, 28N2, 29N2), los cuales son causados por procesos de la zona fotosintética., upwelling e influjos fluviales de nutrientes.

SCUBA COP El SCUBA COP (SCUBA Chemical – Optical Platform) o “escarabajo” es un submarino guiado por un buzo desarrollado para tomar y guardar imagenes binoculares digitales (una en color y una en blanco & negro) de alta resolución 4 megapixeles (Figura 3 y 4). Su finalidad es caracterizar y cuantificar la morfologia del fondo bentónico. Este recibe la posición superficial inicial y final, del recorrido fotografiado, por sistema GPS. Además contiene un aparato de profundidad y posición relativa (Dynamic Positioning Device) para corregir el movimiento submarino involuntario del aparato. El “escarabajo” está dotado con dos luces, una a cada lado, para iluminar uniformemente la zona de muestreo. Estas se iluminan en cada toma fotográfica (un disparo cada dos segundos (2 Hertz) que produce simultaneamente una foto en color y una en blanco & negro). Las fotografías digitales obtenidas en cada disparo son procesadas por ordenador para corregir las

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distorsiones opticas y de luz naturales, para luego ser unidas en orden cronológico y así recrear visualmente en una imagen continua el area muestreada (Figura 5). De esta manera se puede observar el fondo marino de la misma manera que se observa la tierra desde una imagen satelital. (Figuras 12 -15) Figura 3 Un Buzo con el SCUBA COP

Figura 4 El SCUBA COP

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Separación y clasificación automática

Figura 5 El Processo de crear mosaicos digitales

Metodología Zonas de muestreo fueron escogidas para poder comparar comunidades coralinas en islas alejadas de la costa con islas cercanas a la costa dentro del Golfo de Chiriquí (Figura 8). Imágenes satelitales (LandSat), tablas batimétricas y mapas geológicos, fluviales y políticos de la zona fueron integrados en un sistema SIG (Geographical Information System, GIS) (ARC MAP v. 9.0). Este sistema SIG fue utilizado para escoger las zonas de immersion y colocación de los megatransectos para los muestreos químicos de arrastre. Cartas de navegación e información a mesoescala de imagenes satelitales LandSat del año 2000 ayudaron en la selección areas en islas similares en tamaño, batimetría y distancia de la costa. Tres islas próximas a la costa fueron muestreadas para ser comparadas con tres islas alejadas de la costa. Una isla, Isla Managua, fue escojida como control debido a su situación dentro de la zona costera en el interior de la bahía.

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Comparacion con el muestreo submarino tradicional Para poder interpretar y comparar estimaciones cuantitativas de cobertura de substrato (rocas, lodo, sedimentos y arena), coral, algas e invertebrados inmóbiles de las imagenes del SCUBA COP con otros métodos tradicionales de muestreo (buceo y filmación de video respectivamente) se utilizó un protocolo de monitoreo de fondo de arrecife de coral internacional estandarizado, conocido como REEF CHECK 2004.

Muestreo Tracicional por Buceo (REEF CHECK) Según el protocolo del REEF CHECK, se marca un punto de intersección en la cinta (50 metros) cada 0,50 metros. En éste se identifica la categoría bentónica y se registra en un tabla de buceo. Las categorías identificadas son: 1. Coral duro 2. Coral blando 3. Coral muerto reciente 4. Alga indicadora de nutriente 5. Esponja 6. Roca 7. Piezas de coral muerto 8. Arena 9. Sedimento fino 10. Otros (rodolito, etc.) Figura 6 Buceo identificando categorías bentónicas en

Isla Uvas, Panamá

Video de Alta Definición (High Definition Video, HDV) Transectos de video en serie del fondo marino fueron tomados desde una altura de 2 metros por un buceador equipado con una video-camara digital de alta resolución Sony HDR-UX1 (Figura 7). El protocolo utilizado para analizar sistemáticamente los transectos de video filmados fue desarrollado por el Australian Institute of Marine Science (AIMS). Siguiendo el protocolo se utilizaron cinco puntos fijos, no super-puestos, en el monitor, los cuales indican las 5 zonas de cada cuadro donde se identificará la categoria bentónica (igual que en el muestreo tradicional por buceo). Los transectos filmados tienen una distancia constante de 50 metros pero el tiempo de filmación puede variar. Por este motivo se utiliza un tiempo fraccional para seleccionar los cuadros empleados para el muestreo. Este tiempo fraccional viene definido por la duración total de la filmación para cada transecto respectivamente. Obviamente, el inicio y el final del transecto están claramente señalizados por la cinta que el buceador sigue.

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Figura 7 Camera Sony HDR-UX1 y un caja Ikelite

Puesta en Práctica del Método Una transecto submarino marcado por una cinta de 50 metros se posicionó perpedicular a la costa con ayuda de una brújula. El primer buceador (buceador número uno) operaba la cámara de video HD y cargaba a su vez una linea de plomo de dos metros, previamente medida, con un peso atado en su extremo que servía como referencia de altura con el fondo marino cuando el buceador avanzaba por el transecto marcado. El siguiente buceador (buceador número dos) operaba el SCUBA COP siguiendo al buceador número uno el cual determinaba la velocidad de aleteo. El buceador número dos se mantubo a la misma altura del fondo que el buceador número uno. La altura a la cual los buceadores debían mantenerse del fondo marino fue determinada mediante pruebas anteriormente relizadas En ellas se concluyó que el campo de visión y la iluminación óptimas se daban a la altura precisa de 2 metros sobre el fondo marino. Al mantener esa altura constante para los dos primeros buceadores (los cuales operaban los aparatos de video y fotografia digital respectivamente) se aseguró que el campo de visión era constante para cada toma (de video HD y del SCUBA COP respectivamente) a lo largo de todo el transecto. El último buceador (buceador número tres) avanzaba detrás de los dos primeros buceadores anotando en un cuaderno submarino las categorías bénticas del substrato marino marcado por la cinta o transecto (Figura 6).

16Figura 8 Mapa de muestreos químicos y buceos

Resultados y Discusión

Especies de corales y otros invertebrados encontrados La costa entre la boca del Golfo de Montijo y Pixvae tiene islotes como Isla Santa Catalina, Isla Pelonas y Los Octavios lo general, está compuesto en su mayoría por rocas de origen volcánico que llegan a formar una serie de canales y paredes, encontrándose pliegues en las paredes de las rocas, los cuales forman cavidades o grutas ideales para el desarrollo de peces u otros invertebrados. Esa misma sección incluida Bajo Negro, Isla Chocoyo, Isla Pelonas, Islotes de Cativo, e Isla Pacora está dominada por una exuberante fauna de octocorales, donde el género Pacifigorgia es el dominante. Leptogorgia cofrinni, descrita (por Breedy 2005) como una nueva especie de octocoral, así como Pacifigorgia sculpta (Breedy 2004) fueron identificadas creciendo sobre rocas basálticas en area con corrientes rapidas (con una velocidad maxima estimada de 0,5 m/s) a profundidades cercanas a los 20 metros. Dentro de varias cuevas y grietas se puede observar al erizo del mar Acanthaster planci y varios Echinoidea (Figura 31) como Echinothrix sp. (Lessios 2005), Astropyga pulvinata y aveces Diadema mexicanum. El avistamiento de la esponja Aplysina chiriquiensis, descrita (por Diaz et al 2005) como una nueva especie, fue verificada en varios sitios incluido Bajo Negro, Isla Chocoyo, Isla Pelonas, Islotes de Cativo, e Isla Pacora; generalmente a profundos mayores de 12 metros. Pese la identificación de nivel de especies de otros sésiles invertebrados no fue llevada a cabo durante este muestreo, algunas de las especies mas comunes encontradas fueron identificadas (Figuras 30 y 31) a menudo al nivel genus, incluyendo esponjas como Aplysina chiriquiensis, y otras Aplysina sp., el coral debora-esponjas Cliona sp. Tambien es común observar al octocorales Pacifigorgia sp., Leptogorgia sp., y Muricea sp. y corales ahermatípicos como Carijoa multiflora, Tubastraea coccinea, varios nudibranqueos, y a veces se pueden observar altas densidades de estrellas quebradizas como y (Ophiactis savignyi y Ophiothela mirabilis). El reconocimiento mediante buceo confirmó la presencia de esponjas y comunidades coralinas: comunidades de gorgonias en la región costera entre el Golfo de Montijo y Bahía Honda, incluyendo las zonas costeras de Playa Banco, Río Ballena, Cimarrones, así como las formaciones rocosas y los islotes cercanos a la costa de Isla los Octavios, Islotes de Cativo e Isla Santa Catalina. Se espera que esfuerzos de muestreo en el futuro cuantifiquen la cobertura, extensión y diversidad del fondo bentónico en esas areas.

17

Metodo de Comparación: Video HD & Tradicional de Buceo

Método de Comparación Video HD & Método Tradicional de Buceo

Cobertura Béntica en el Golfo de Chiriquí, Panamá

0

10

20

30

40

50

Coral Duro

Coral Blando

Coral Muert

o Recientemente

Alga Indicadora d

e Nutrie

nte

EsponjaRoca

Piezas Coral

Muertos

Arena

Sedimento Fino

Rodolito

Categorías Bentónicas

Porc

enta

je Me

dio

de C

ober

tura

Video HD Punto de Intercepción Figura 9 Comparacíon de los métodos tradicionales de muestreo (buceo) con los de video HD *En este gráfico no se muestran los coeficientes de error (para la comparación entre los métodos de muestreo) debido a que la variabilidad entre las zonas de muestreo para cada categoría bentónica era demasiado grande. Este es un error natural que se da para cada categoría bentónica al comparar múltiples zonas de muestreo. Cuando se comparan los métodos tradicionales de muestreo (buceo) con los de video HD, las diferencias mas significantes se hayan en la habilidad para identificar algas y arena. Con el método de buceo se observa una sobrestimación en la medición de arena y una subestimación en la de algas. Ambos métodos funcionan igual de bien para identificar coral duro, sedimento fino y rodolitos. No obstante, el método de video HD tiene las ventajas de:

1. Cubrir areas mayores que con métodos tradicionales 2. Muestrear más puntos de interés con mayor precisión y detalle 3. Proporcionar información dentro de un contexto visual 4. La capacidad de tener un registro digital fotográfico de alta resolución archivable

para futuras comparaciones, estudios, etc.

La presencia de las especies de corales hermatípicos (Tabla 1) fue verificada en todos los avistamientos excepto en Punta Damas (Isla Coiba) que estaba dominada por manchas de arena con intercalación rodolitos y la algas filamentosas Cyanofita (alga marrón-roja Figura 31) sobre areas arenosas en la región de Punta Clara. Esta area tiene

18

dos grandes influjos fluviales en sus cercanias, Río Catival y Río San Juan, pero escasea en comunidades temporales de hierba marina estable (Dr. Juan Maté - communicacíon personal). Pese a que el coral duro estubo presente en todos los avistamientos excepto en el de Punta Damas, la distribución no uniforme estaba generalmente confinada a areas de costa cercana con profundidades inferiores a 10 metros.

Resultados del Muestreo Video HD: Porcentaje de cobertura Una comparación del porcentaje de cobertura de coral duro sobre la zona submareal en las areas de las islas muestreadas con Video HD en este estudio muestra a Isla Uvas con el porcentaje de cobertura mas alto (18,4%), Isla Canales de Tierra (16,6%) y Isla Secas (4,6%). Isla Managua (situada en la cierre de la bahía de Bahía Honda) mostró un bajo porcentaje de cobertura de coral (1,3%). Sinembargo, Punta Miel, la cual define el punto oeste de Bahía Honda mostró una mayor cobertura (4,4%) de arrecife formado por coral hermatípocos (Figura 10). Esto puede deberse en parte debido a su exposición a flujos de fuertes corrientes, a circulacion de aguas frías provenientes de masas de aguas moviendose a lo largo de la costa, o a la menor exposición de influjos fluviales de Bahía Honda.

Gulf of Chiriqui Hard Coral

0

5

10

15

20

25

Seca Managua Uvas Miel Tierra Afuera

Location

% C

over

+ S

.D.

Mean % Cover Hardcoral

Figura 10 Comparación para la cobertura de coral duro entre las 6 islas (Isla Seca, Isla Managua, Isla Uvas, Punta Miel, Isla Canales de Tierra, Isla Canales de Afuera) muestreadas en el Golfo de Chiriquí. En éste se puede obserbar la primera desviación estandard.

19

Algunos de las especies de corales hermatípicos encontradas durante los muestreos submarinos incluyen: Pavona clavus, Gardineroseris planulata, Pavona gigantea, Pavona varians, Pavona maldivensis (escasa y solo en en la cual predomina el sustrato rocosos) Pocillopora elegans, Pocillopora damicornis, Pocillorpora capitata y Porites lobata (Tabla 2 y Figura 30). A lo largo de la costa Pacífica de América, es común encontrar arrecifes monoespecíficos formados por los especies Pavona lobata y Pavona clavus (Glynn 2001). Generalemente, la ausencia de esponjas fue obervado en zonas dominada por corales. El coral escleractinio Pavona chiriquiensis (Maté 2003) fue observado en colonias separadas en Isla Canales de Tierra e Isla Managua en Bahía Honda pero muy baja cantidad y muy dispersas. Contra toda expectación, Isla Managua y Punta Miel, ambas areas situadas en una zona costal entre bahías y alimentadas por el influjo de agua de los rios Corotú, Managua, Salmón y Luis, contenían corales pero en un area extremadamente restringida a menos de 15 metros de la costa. Sinembargo, estos corales se disipan rápidamente con el aumento de profundidad y distancia desde la coasta y cambian a matrices de arena silice. Zonas fuera de la costa de la bahia de similar tamaño, como las areas muestreadas en Isla Uvas y Canales de Tierra, tenían una cobertura de escleractinios significantemente mayor sobre areas grandes con arrecife activo y dominación monoespecífica de Pocillopora damicornis en areas grandes protegidas de mar abierto, en bahías, o en sectores en las islas que dan hacia la costa. Isla Canales de Afuera, la cual posee un tamaño y distancia desde la costa similares a Isla Uvas, mostró una coveratural moderada de coral (Tabla 2) en comparación con la comoposición bentónica restante dominada por alga coralina incrustante, (grandes manchas de rodolitos).

20

21

Composición de corales duros en el Golfo de Chiriquí

20

30

40

50

60

70

80

90

100

Isla Uvas Isla Seca(Barracuda)

ient

aje

Med

io d

e C

ober

tura

0

10

(Bahia Honda)Isla Managua

(Bahia Honda)Punta Miel

Canales deTierra

Canales deAfuera

Zona de Muestros

Porc

Coral Duro Vivo Coral Muerto Recientemente Piezas Coral Muertos

Figura 11 Composición de corales duros en el Golfo de Chiriquí

22

Imagines SCUBA COP

Figura 13 SCUBA COP Mosaico de Isla Uvas (Febrero 16, 2007) Transecto # 1

Figura 14 SCUBA COP Mosaico de Isla Uvas (Febrero 16, 2007) Transecto # 2

Figura 15 SCUBA COP Mosaicode Isla Uvas (Febrero 16, 2007) Transecto # 3 Los imagenes representen transectos de 50 metros, compuesto de mas de 300 fotos (4 mega pixels/cada uno) pegando en serie. El patron torcido en algunas de fotos fue causado de corrientes submarinos que se afectan bucedores.

Figura 12 Mosaico de Isla Seca (Febrero 15, 2007) Figura 12 SCUBA COP Mosaico de Isla Seca (Febrero 15, 2007)

Diarios de datos de SCUBA (Dive Logs) Pese a que los datos obtenidos no fueron recogidos metódicamente, análisis a posteriori de las immersiones del SCUBA Coiba desde 2003 hasta 2006 (Figuras 16 y 17) en multiples zonas de immersion cerca de Isla Octavios y al noroeste de Isla Coiba proporcionan una idea localizada de la variabilidad en la temperatura y las condiciones de visibilidad durante el periodo de tres años.

Isla Coiba Temperatura Promedio de Agua

22

24

26

28

30

E F M A M J J A S O N DMeses

Tem

pera

tura

deg

. C

Superficie (<2m) El Fondo (>10m)Patron del Fondo Patron del Superficie

Figura 16 Diarios de datos de SCUBA (Dive Logs) - Temperatura en aguas alrededor de Isla Coiba desde 2003 hasta 2006

23

Promedio Visibilidad MensualeAfuera de la costa: Isla Coiba

Acerca de la costa: Isla Octavia

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

E F M A M J J A S O N D

Meses

Visi

bilid

ad e

n M

etro

s

Superficie Coiba El Fondo Coiba Superficie Octavia El Fondo Octavia

Figura 17 Diarios de datos de SCUBA (Dive Logs) – Visibilidad a en aguas alrededor de Isla Coiba y un islote Octavia acerca de la costa desde 2003 hasta 2006

Resultados del Muestreo con TETHYS Los datos obtenidos con el TETHYS estan presentados a razón de una isótopo medida a otra isótopo inerte, una forma estandard para espectometría de masa para poder despreciar obstáculos producidos por temperatura, presión y el comportamiento de los instrumentos. Algunas “reglas básicas” generales para la interpretación de las concentraciones químicas fueron: 1) Enrequecimiento de nitrógeno 15N (valores bajos de 14N:15N) indican aguas con

no-upwelling (cuando no existe afloramiento debido a aguas frías) (por ejemplo aguas fluviales u oceánicas superficiales en contacto con la atmósfera)

2) Valores altos de metano (CH4) indican influjos de agua dulce 3) Valores altos de CO2 y bajos de O2 indican respiración y viceversa para producción

alta 4) Si se da la situación en que el 15N se encuentra agotado (denitrificación), lo cual se

identifica por valores altos de 14N:15N, hay concentraciones altas de CO2, CH4, CDOM y bajas concentraciones de O2 estos son signos de eutroficación

24

Figura 18 Concentración de isotopos de nitrogeno (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de Masa submarino en TETHYS.

25

Figura 19 Concentración de isotopos de metano (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de Masa submarino en TETHYS.

Methane & Salinity (Depth 0-5 meters)Offshore Transects in the Gulf of Chiriqui,

Scatterplot: N=842 datapoints

0

0.002

0.004

0.006

0.008

0.01

0.012

30.8 31 31.2 31.4 31.6 31.8 32 32.2 32.4 32.6

Salinity (ppt)]

CH4/

Wat

er (M

/Z15

/ M

Z17)

CDOMLinear (CDOM)

Figura 20 Datos de Metano y Salinidad

26

Figura 21 Concentración de isotopos de bióxido de carbono (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de Masa submarino en TETHYS.

27

Figura 22 Concentración de isotopos de oxígeno (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de Masa submarino en TETHYS.

Comparacion de zonas costeras e islas La salinidad y temperaturas medias para aguas superficiales a menos de 3 metros de profundidad (1,184 muestros) para el Golfo de Chiriqui durante este muestre fue de [31, 58 ‰] (‰ = tanto por mil) y 29,38 °C respectivamente. Los transectos de la costa exibieron en promedio: mayor salinidad y menor temperatura que los transectos fuera de la costa, con una media de [31,24 ‰] y 29,9 °C por las islas, y [31,85‰] y 28,7 °C por la costa respectivamente (Figuras 22 y 23). Esto es contrario a las expectativas dada la proximidad del Golfo de Montijo y la posibilidad de un significante influjo de agua dulce. De hecho, debido a la alta concentración de metano (Figura 19) y concentraciones de nitrogeno (Figura 18) que se atenúan rápidamente hacia el oeste por la costa, es posible que la masa de agua del Golfo de Montijo no se advect (un tipo de movemiento fluido) hacia el oeste una vez pasado Santa Catalina donde hay exposición a corrientes moviéndose desde balsas de agua abiertas en el sud.

Correlation Coefficients CDOM CH4 CO2 O2 CHLa

Salinidad 0.245 -0.368 -0.451 -0.172 0.061 Temperatura -0.298 0.187 0.250 0.231 -0.130

Tabla 1 Relacion entre los quimicos y temperatura y salinidad.

28

Figura 23 Concentración (gráfica de color) obtenido por el instrumento CTD en TETHYS de Salinidad en partes por mil: Parts Per Thousand (ppt).

29

Figura 24 Concentración (gráfica de color) obtenido por el instrumento CTD en TETHYS medidas de temperatura en degrados celcius. El complejo de islas de Islas Secas es diferente a los otros complejos de islas muestreados. Estas se hallan al borde de una plataforma continental poco profunda con un rango de 20 a 40 metros de profundidad. Una combinación de alto metano CH4 (Figura 19) y enriquecimiento de 15N (Figura 18) con valores bajos de 14N:15N relativa a otras areas muestreadas sugiere que estas islas residen en aguas predominantemente sin upwelling con una significante influjo de agua dulce. La isla Canales de Afuera muestra un fenómeno único que no se observa en otras islas del golfo. Es posible que esta isla se halle en el límite de confluencia de dos grandes masas de agua, donde el agua sin upwelling del Golfo de Chiriquí se encuentra con una mezcla de agua proveniente de corrientes de mar adentro que traen un upwelling regional más frío. En contraste con el Golfo de Panamá, donde upwelling de temporada ocurre, la cordillera central que divide el norte y el sud de Panamá a lo largo de la largura del país bloquea muy efectivamente en el Golfo de Chiriquí los vientos de temporada procedentes del norte (Rodríguez-Rubio y Schneider 2003).

CDOM & Clorofila a (Chl a) A pesar de que las concentraciones de clorofila de las aguas sobre los arrecifes son típicamente de 0,1 a 0,2 ug Chl a por m3 (parecido a concentraciones en aguas oceánicas), hay suficiente absorción en las longitudes de onda azules porque el CDOM derivado de la

30

zona bentónica proveniente de corales y algas marinas (Figura 24). Incluso, en ocasiones, hay un esparcimiento extra debido a las partículas de minerales derivadas de la precipitación de aragonita en columnas de agua o la resuspensión de sedimentos (Lesser 2004).

Comparación de CDOM & Clorofila en el Golfo de Chiriquí: Feb. 2007

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Isla S

eca

Canales

Afuera

Canales

Tierra

Sta Cata

lina

(Coib

a) Ran

cheri

a

(Coib

a) Ens

. Aren

a

(Coib

a) Pta

Clara

(Coib

a) Pta

Damas

Zonas

CDOM (qsu) Chl a (ug/L)

Figura 25 Comparación de CDOM y Clorofila a en el Golfo de Chiriquí

31

CDOM & Salinity (Depth 0-5 meters)Offshore Transects in the Gulf of Chiriqui,

Scatterplot: N=842 datapoints

0

2

4

6

8

10

12

14

30.8 31 31.2 31.4 31.6 31.8 32 32.2 32.4 32.6

Salinity (ppt)]

CDO

M [Q

SU]

CDOMLinear (CDOM)

Figura 26 CDOM y Salinidad (este scatterplot sugiere que de agua dulce terrestre pesadamente no está influenciando transects costa afuera del arrecifes)

CDOM and Salinity scatterplotBoca Chica to Isla Seca Transect

N=250 datapoints

0

1

2

3

4

5

6

7

8

31.1 31.2 31.3 31.4 31.5 31.6 31.7 31.8

Salinity [ppt]

CD

OM

[QSU

]

CDOMLinear (CDOM)Linear (CDOM)

Coefficient of Correlation = - 0.805

32

Figura 27 Relación inversa de CDOM y Salinidad en Isla Secas hasta Boca Chica, Chiriquí. (esta relación inversa entre los parámetros del remolque es muy indicativa de entrada de agua dulce sobre los arrecifes). Los coeficientes de absorción (aCDOM (355 nm)) o mediciones de fluorescencia de CDOM (FCDOM) en ocasiones decrecen linearmente con el incremento de salinidad en regiones costeras que reciven influjos fluviales de CDOM significantes (de SouzaSierra et al. 1997). Esta relación inversa es la misma que se muestra en el gráfico que contiene los resultados obtenidos para este estudio (Figura 25). En dicho gráfico el eje Y representa CDOM y el eje X representa CDOM. La tendencia linear demuestra la relación entre salinidad y CDOM.

Figura 28 Concentración (gráfica de color) obtenido por TETHYS de Matéria Organica Disuelta Cromofóricamente (Chromophoric Dissolved Organic Matter (CDOM) medida en Quinine Sulfate Units (QSU). Areas con una combinación de los indicadores para la eutroficación fueron las areas de muestreo desde Boca Chica (Bahía Muertos) a Isla Secas (alto metano, denitrificación, CDOM) y cerca de Bahía Honda y Santa Catalina (Figuras 18, 19, y 26). El area que va desde Isla Uvas a Isla Coiba parece estar influenciada por masas de agua originada desde la región plataforma poco profunda del Golfo de Chiriquí. El riesgo de eutroficación en comunidades de coral costeras a lo largo de la costa que va desde Santa Catalina hasta Pixvae puede ser elevada debido a la intrínsica baja diversidad de especies de coral, la proximidad a perturbaciones producidas por el hombre y la influencia de un influjo de grandes cuencas terrestres procedentes del este del Golfo de Montijo así como del oeste

33

del Golfo de Chiriquí. Tambien otros fenomenos marinos son connectados de la influencia terrestrial. Por ejemplo, una gran marea roja fue observada desde el 28 de Abril hasta el 14 de Mayo de 2007 justo al inicio de la estación lluviosa, y es sabido como el florecer de los dinoflagellates puede ser ampliado con nutrientes excessivas. Además de una de las principales zonas para la ganadería (estancia) y el cultivo de arroz con la herbacida methyl bromide , la edificación no regulada, el desarrollo de tierras, el aumento de desembocaduras de aguas residuales y una rápida expansión de la población amenazan el sistema de corales costeros. Un esfuerzo complementario para el futuro biológico terrestre y estudios limnológicos serían necesarios para cuantificar el flujo de agua, las tasas de sedimentación, el pH y concentraciones de nitrato, nitrito, salinidad, oxígeno y fosfato en el sistema fluvial que desemboca en el Golfo de Montijo y el Golfo de Chiriquí. Esta información facilitaría un modelo preciso del tiempo de permanencia para nutrientes y contaminación en los golfos que rodean el Parque Nacional de Isla Coiba.

Figura 29 Ejemplo de variabilidad de CDOM [QSU] con niveles mas de 50 QSU encontado.

Comparación de Clorofila con Datos imagenes satelitales (SeaWiFS) En estos gráficos, proporcionados por la NASA (programa GIOVANNI), se muestran imagenes satelitales (SeaWiFS) de la zona de estudio en cuestión. En ellas se pueden obserbar concentraciones de clorofila A en areas de 9 km2 de extensión (1 cudrado = 9

34

km2). Estas fotos fueron tomadas en la misma época en la cual se llevo a cabo el estudio, lo cual ayuda a comparar y corroborar los datos obtenidos, a menor escala, con el TETHYS y el fenómeno de cambio de concentraciones de clorofila A a lo largo del tiempo de estudio (10 de Febrero – 17 de Febrero de 2007 y 18 de Febrero – 25 de Febrero de 2007 respectivamente). La concentración entre (0,1 de 0,4 miligramos por litro) es similar de los resultos de TETHYS (la tercera figura siguiente) en la misma area.

Figura 30 Imagenes satelitales (SeaWiFS) de la zona de estudio en cuestion con concentraciones de clorofila A (Feb 10 – 17, 2007)

35

Figura 31 Imagenes satelitales (SeaWiFS) de la zona de estudio en cuestion con concentraciones de clorofila A (Feb 18 – 25, 2007)

36

in situ "groundtruth" of Chlorophyll a ConcentrationsGulf of Chiriqui, Panamá February 2007

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

-82.2 -82 -81.8 -81.6 -81.4 -81.2 -81

Longitude

[ Chl

orop

hyll

a ]

TowFish [ug/L] SeaWifs [mg/m^3]

Figura 32 *Cabe remarcar que TETHYS puede verificar y corregir, de una manera muy precisa, los errores sistemáticos de lectura del satélite los cuales pueden ser producidos por obstáculos en la transmisión de información: nubes, etc. Este proceso complementario de comparación y verificación de datos satelitales con datos recogidos in-situ es conocido como “Ground Truthing”.

37

Figura 33 Concentración (gráfica de color) de Clorofila tipo “a” en microgramas por litro (ug/L) obtenido por TETHYS.

Un programa de monitoreo Pese a que en este muestreo se utilizo el protocolo REEF CHECK para la comparación de resultados, actualmente no hay un protocolo específico disponible para la zona del Pacífico este. Un programa de control a largo plazo podría ser implementado en esta región mediante el uso de operaciones de buceo ya existentes.

38

Conclusión El golfo de las comunidades coralinas de Chiriquí puede ser altamente susceptible

a los disturbios artificiales debido a sus distribuciones intrínsecamente pequeñas y desiguales en áreas costeras bajas. Como este estudio demostrado, cobertura coralina dura en las regiones seleccionadas del golfo de Chiriquí hace un promedio de < 10% para las regiones relativamente “prístinas” de la isla y se confina sobre todo a las áreas bajas del agua en menos de 15 metros de profundidad. El análisis de los datos del transect entre todos los sitios examinó a la isla de Uvas, a Canales de Tierra, y a Canales demostrados de Afuera como teniendo la cobertura coralina más dura con variabilidad similar, mientras que la isla de Secas situada en la región costa afuera del golfo occidental de Chiriquí se comportó más bién la isla y Punta Miel de Managua, situado en la bahía incluida de Bahía Honda a lo largo de la costa y de la cobertura coralina baja que poseía. Una de las observaciones salientes de la estructura de la comunidad en general era las divisiones en zonas distintas del habitat que eran evidentes cerca de la costa y de las islas costa afuera que rodeaban. Estas zonas fueron caracterizadas por las ensambladuras coralinas duras desiguales que excluyeron a menudo otros invertebrados sessile. Las otras demarcaciones constantemente únicas eran coral suave - las comunidades gorgonian que vivieron en mayores profundidades, en áreas rocosas con las corrientes fuertes y una agua más fría. La alta cobertura algal era común en áreas arenosas y las agregaciones del rhodolith compitieron a menudo con los P.damicornis para la dominación espacial en los arrecifes del remiendo de las islas costa afuera.

Las aguas superficiales costa afuera eran relativamente bien mezcladas de la

superficie a 15 metros de profundidad, mientras que la temperatura y los datos de la salinidad de transects costeros demostraron pulsos regionales del agua fresca con una salinidad más alta que costa afuera transects. Los estudios futuros deben investigar si esto es un fenómeno upwelling localizado causado por oscilaciones de marea. La región de la isla de Secas que extiende de la boca de estuario de Boca Chica en el golfo occidental de Chiriquí está potencialmente conforme a perturbaciones químicas terrestres porque recibe la entrada de agua dulce significativa que mezcla bathymetry bajo del excedente. Los cambios de la calidad del agua de regiones costeras próximas se deben supervisar semejantemente para detectar influencias el afectar del parque marina de Coiba y de la vida marina. Las islas más cercano a la costa incluyendo Canales de Tierra y Canales de Afuera se pueden influenciar por el agua que limpia con un chorro de agua de Bahía Honda en donde los altos niveles de CDOM y del metano fueron encontrados. Además, la alta variabilidad en modems químicos sobre el canal entre estas islas sugiere mezclarse de las masas distintas del agua que vienen del golfo del este de Chiriquí y de otro oeste móvil del golfo de Montijo. Esto fue observada lo más notablemente posible por las diferencias en medidas del bióxido de carbono, del nitrógeno, y del metano de cualquier lado de extender de cadena de la isla al norte de la isla de Coiba a Canales de Tierra cerca del continente. Otros estudios han demostrado que los valores de la salinidad para el golfo de Chiriquí disminuyen durante la epocha lluviosa. Esto implica una entrada más de agua dulce de

39

regiones de la tierra. Los componentes químicos de este proyecto fueron medidos durante la altura de la estación seca después de aproximadamente 45 días sin la precipitación. Se espera que incluso niveles más altos de CDOM, de la clorofila-uno, y del metano sean medidos durante un examen similar en la estación de lluvias. Los niveles del bióxido de carbono y del oxígeno concerniente a uno otro pueden ser más duros de predecir, sin embargo si es primario aumento de la productividad a la capacidad completa que estos niveles pudieron levantarse en tándem. El eutrophication propenso de las áreas fue observado a lo largo de áreas costeras incluidas tales como Bahía Honda y la región al sur de Santa Catalina que está adyacente al golfo de Montijo. El oeste móvil a lo largo de la costa de Santa Catalina las aguas llega a ser cada vez más oligotrophic para arriba hasta que la abertura del este de la bahía de Bahía Honda. Esta tendencia continúa el oeste posterior otra vez que va a lo largo de la costa del otro lado de Bahía Honda hasta la bahía grande siguiente, Pixvae. Estas regiones costeras oligotrophic son concordantly donde los filones más grandes del remiendo fueron encontrados, algunas salidas cercanas existentes uniformes del río como Río Ballena. También confinan racimos micro de la isla menos de 1 kilómetro de la orilla (es decir Octavios, Pelonas y Cativos) que es donde las ensambladuras exuberantes de gorgonians y de corales suaves fueron encontradas. Incidentemente estas aguas también proporcionan el atún, el bonito, el Wahoo, Pargo, y las zonas de pesca manchadas del rayo para las flotas locales del artisinal. Desafortunadamente el desarrollo de propiedades inmobiliarias costero que está usurpando rápidamente en esta área puede cambiar la naturaleza prístina de este estiramiento de la costa.

Las comunidades coralinas del Golfo de Chiriquí pueden ser altamente suceptibles a perturbaciones creadas por el hombre debido a su inherente y pequeña distribución no uniforme en la zona costera poco profunda. La cobertura de las especies de corales hermatípicos en regiones específicas del Golfo de Chiriqui varía <10% para regiones de islas relativamente vírgenes y está confinado mayormente a areas de aguas poco profundas en menos de 15 metros de profundidad además estas comunidades poseen una distribución discontinua, poco desarrollo y algunas se establecen en áreas cercanas a desembocaduras de los ríos. Distintas zonas de habitats fueron observadas: 1) Sistemas de arrecife no uniforme de coral duro, 2) Comunidades de gorgonias y coral blando en areas de en la cual predomina el sustrato rocoso (basaltos) con fuertes corrientes y aguas más frías, 3) Ensamblajes de algas y rodolitos en zonas de arena. La costa entre la boca del Golfo de Montijo y Pixvae tiene islotes como Isla Santa Catalina, Isla Pelonas y Los Octavios donde viven comunidades y los arrecifes coralinos y además hay una exuberante fauna de octocorales y nueva especies de otros organismos como macroalgas, algas calcáreas, equinodermos, octocorales, gasterópodos, poliquetos, tunicados y esponjas todavia no son identificados. Recomendaremos tratar de preservar estos ecosistemas tan valiosos para el país y para analizar con más detalle la zona.

Areas experimentando eutrofización fueron observadas a lo largo de las zonas costeras y dentro de la bahía que bordea el Golfo de Montijo. Tambien este zona

40

puede ser alterada especialmente por la actividad de barcos, como camaroneros, que arrastran sus redes por el fondo y por los ríos que acarrean sedimentos debido a construcción y la deforestación que están sufriendo los cerros cercanos y regiónes agrícolas. Aguas de superficie lejos de la costa este del Golfo de Chiriqui estaban relativamente bien mezcladas y los datos recogidos sugieren un influencia o exposición de corrientes que llevan aguas frias del sur (probablemente del Golfo de Panama) mientras estas se hallan al borde de una plataforma continental (zonas en el oeste del Golfo de Chiriqui) residen en aguas predominantemente sin upwelling con una significante influjo de agua dulce. Cabe recalcar aquí, que los muestreos se realizaron en su mayoría en la época seca, donde las aguas son bastante cálidas y transparentes, además de que son las épocas del año con mayores horas promedio de luz al día y con las mayores temperaturas superficiales del agua de mar, lo que hace pensar que como cambio las medidas quimicas y las de Clorofila, CDOM, Temperatura, y Salidad lo que corresponde de época de verano y la transición a época lluviosa.

Influencias desde las regiones costeras cercanas las cuales afectan el parque nacional marino de la Isla de Coiba deberían ser controladas para asegurar una vida marina saludable. La información generada en esta tesis, servirá de base para establecer un programa de monitoreo de las comunidades y arrecifes coralinos acercando del parque.

Agradecimientos El presente estudio no se hubiera podido realizar sin la colaboración de Dr. Richard Camilli de The Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) y Dr. Oscar Pizarro de The University of Sydney Australian Centre for Field Robotics (ACFR). Quiero darle las gracias a todas las personas que de alguna manera participaron en la realización del proyecto: José Miguel Guevara de la officina Unidad Técnica Nacional de Cambio Climático y Desertificación (ANAM), Dr. Juan Maté de la Smithsonian Tropical Research Institute (STRI), Belsi T. Medina y Dalys deGracia de United States Embassy Cultural Affairs Office, Panamá, Bryan Becker (PRETOMA), Rachel Fulton y Herbie Sunk (Scuba Coiba), Carlos Spragge (Buzos Boca Brava), Eduardo Bertrand ayuda para traduccìon, Alpana Patel ayuda en revisar, y la gente amable de Santa Catalina. Este proyecto fue apoyado y fundido por la generosidad de: El becario Fulbright Estadounidense, (U.S. Fulbright Program) Panamá, el Wildlife Conservation Society (WCS), el Ocean Life Institute (OLI), y el Liquid Jungle Laboratory (LJL) y WHOI Tropical Research Initiative. Deseo agradecer lo siguente instituciónes por el permiso cientifico: la Autoridad Nacional del Ambiente (ANAM) ANAM Permiso Científico No. SE/AP -10-06, y la Autoridad Marítima de Panamá (AMP).

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Lista de Figuras y Tablas Figura 1 Mapa de los Mares y Golfos acerca de Panamá 5 Figura 2 Un foto de TETHYS sensor químico integrado de arrastre 11 Figura 3 Un Buzo con el SCUBA COP 12 Figura 4 El SCUBA COP 12 Figura 5 El Processo de crear mosaicos digitales 13 Figura 7 Camera Sony HDR-UX1 y un caja Ikelite 15 Figura 9 Comparacíon de los métodos tradicionales de muestreo (buceo) con los de video HD 18 Figura 10 Comparación para la cobertura de coral duro entre las 6 islas 19 Figura 11 Composición de corales duros en el Golfo de Chiriquí 21 Figura 13 SCUBA COP Mosaico de Isla Uvas (Febrero 16, 2007) Transecto # 1 22 Figura 14 SCUBA COP Mosaico de Isla Uvas (Febrero 16, 2007) Transecto # 2 22 Figura 15 SCUBA COP Mosaicode Isla Uvas (Febrero 16, 2007) Transecto # 3 Los imagenes

representen transectos de 50 metros, compuesto de mas de 300 fotos (4 mega pixels/cada uno) pegando en serie. El patron torcido en algunas de fotos fue causado de corrientes submarinos que se afectan bucedores. 22

Figura 16 Diarios de datos de SCUBA (Dive Logs) - Temperatura en aguas alrededor de Isla Coiba desde 2003 hasta 2006 23

Figura 17 Diarios de datos de SCUBA (Dive Logs) – Visibilidad a en aguas alrededor de Isla Coiba y un islote Octavia acerca de la costa desde 2003 hasta 2006 24

Figura 18 Concentración de isotopos de nitrogeno (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de Masa submarino en TETHYS. 25

Figura 19 Concentración de isotopos de metano (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de Masa submarino en TETHYS. 26

Figura 20 Datos de Metano y Salinidad 26 Figura 21 Concentración de isotopos de bióxido de carbono (gráfica de color) obtenido por el

Espectómetro de Masa submarino en TETHYS. 27 Figura 22 Concentración de isotopos de oxígeno (gráfica de color) obtenido por el Espectómetro de

Masa submarino en TETHYS. 28 Figura 23 Concentración (gráfica de color) obtenido por el instrumento CTD en TETHYS de

Salinidad en partes por mil: Parts Per Thousand (ppt). 29 Figura 24 Concentración (gráfica de color) obtenido por el instrumento CTD en TETHYS medidas

de temperatura en degrados celcius. 30 Figura 25 Comparación de CDOM y Clorofila a en el Golfo de Chiriquí 31 Figura 26 CDOM y Salinidad (este scatterplot sugiere que de agua dulce terrestre pesadamente no

está influenciando transects costa afuera del arrecifes) 32 Figura 27 Relación inversa de CDOM y Salinidad en Isla Secas hasta Boca Chica, Chiriquí. (esta

relación inversa entre los parámetros del remolque es muy indicativa de entrada de agua dulce sobre los arrecifes). 33

Figura 28 Concentración (gráfica de color) obtenido por TETHYS de Matéria Organica Disuelta Cromofóricamente (Chromophoric Dissolved Organic Matter (CDOM) medida en Quinine Sulfate Units (QSU). 33

Figura 29 Ejemplo de variabilidad de CDOM [QSU] con niveles mas de 50 QSU encontado. 34 Figura 30 Imagenes satelitales (SeaWiFS) de la zona de estudio en cuestion con concentraciones de

clorofila A (Feb 10 – 17, 2007) 35 Figura 31 Imagenes satelitales (SeaWiFS) de la zona de estudio en cuestion con concentraciones de

clorofila A (Feb 18 – 25, 2007) 36 Figura 32 *Cabe remarcar que TETHYS puede verificar y corregir, de una manera muy

precisa, los errores sistemáticos de lectura del satélite los cuales pueden ser producidos por obstáculos en la transmisión de información: nubes, etc. Este proceso complementario de comparación y verificación de datos satelitales con datos recogidos in-situ es conocido como “Ground Truthing”. 37

Figura 33 Concentración (gráfica de color) de Clorofila tipo “a” en microgramas por litro (ug/L) obtenido por TETHYS. 38

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Figura 34 Guía de Especies de Corales en el Gulfo de Chiriquí, Panamá © 53 Figura 35 Otros invertebrados y algas encontrados 54

Anexos

Tabla de Cobertura Bentíca en el Golfo de Chiriquí Esta tabla indica la cobertura bentíca de muestros transectos grabado con video de H.D. con 500 muestros por cada 50 metro transecto. Tabla 2 Tabla de Cobertura Bentíca en el Golfo de Chiriquí

Porcentaje Medio (% Cover) y Error Estandard (S.E.) de Cobertura Béntica en el Golfo de Chiriquí, Panamá

Punta Damas

Isla Managua

(Bahia Honda) Isla Uvas Punta Miel Canales de

Tierra Canales de

Afuera Isla Seca

Ubicacion de Muestros

N 07 30 00.7 OE 81

40 12.2

N 07 44 30.4 OE 81 31

06.8

N 07 48 55.2 OE 81

45 34.0

N 07 44 26.2 OE 81

32 24.1

N 07 44 40.8 OE 81

34 40.0

N 07 41 43.32 OE 81

36 49.0

N 07.57.197 OE

82.00.684 Categorías Bentónicas % Cover % Cover % Cover % Cover % Cover % Cover % Cover Coral Duro 0 1.2 (0.58) 18.4 (2.06) 4.4 (0.81) 16.6 (1.63) 18.4 (1.44) 4.6 (0.40) Coral Blando 0 0.2 (0.2) 0 0.2 (0.2) 0 0 0 Coral Muerto Recientemente 0 0.6 (0.24) 5.2 (1.50) 1.2 (0.73) 3 (0.32) 0.8 (0.37) 0.6 (0.40) Alga Indicadora de Nutriente 44.6 (3.67) 17 (5.44) 0 5.2 (1.16) 0 18.6 (2.96) 0.2 (0.20) Esponja 0 0 0 0 0 0 0 Roca 0 2.6 (0.51) 0 35.4 (2.62) 0 0 0 Piezas Coral Muertos 10.4 (0.93) 15.4 (2.66) 24.6 (2.04) 23.2 (1.16) 66.4 (1.96) 19.6 (1.17) 21.8 (2.80) Arena 38.2 (2.92) 51.4 (4.88) 15.8 (1.28) 30.4 (3.17) 14 (1.67) 6.6 (0.98) 32(2.07) Sedimento Fino 0 11.6 (2.54) 0 0 0 0 0 Rodolito 6.8 (0.86) 0 36 (2.10) 0 0 36 (3.91) 40.8 (1.98)

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Tabla 4 Tabla de Especies de Corales en el Gulfo de Chiriquí, Panamá Referencia: (Allen 1998, Sprung 1999, Glynn y Maté 1997, Barrientos 2004, Maté 2003)

Especies de Corales en el Gulfo de Chiriquí, Panamá Corales Hermatípicos

Gardineroseris planulata (Dana, 1846) Millepora boschmai (de Weerdt & Glynn) Millepora intricata (Milne Edwards 1860) Millepora platyphylla (Ehrenberg ) Pavona clavus (Dana 1846) Pavona frondifera (Lamarck, 1816) Pavona gigantea (Verrill, 1864) Pavona maldivensis (Gardiner, 1905) Pavona varians (Verrill, 1864) Pocillorpora capitata (Verrill, 1864) Pocillopora damicornis (Linnaeus, 1758) Pocillopora elegans (Dana, 1846) Pocillopora eydouxi (Milne Edwards & Haime, 1860) Porites lobata (Dana, 1846) Porites panamensis (Verrill, 1866) Psammocora stellata (Verrill, 1864) Psammocora obtusangulata (Lamarck ) Leptoseris papyracea (Dana )* conocido solo por muestras muertas Diaseris distorta (Michelin)* conocido solo por muestras muertas Cycloseris curvata (Verrill) *conocido solo por muestras muertas

Corales Ahermatípicos Astrangia cf. dentata (Verrill, 1866) Astrangia cf. equatorialis (Durham and Barnard, 1952) Dendrophyllia gracilis (Milne Edwards & Haime, 1860) Oulangia bradleyi (Verrill, 1866) Tubastrea coccinea (Lesson, 1829)

Tabla 3

Guía de Especies de Corales en el Gulfo de Chiriquí, Panamá Figura 34 Guía de Especies de Corales en el Gulfo de Chiriquí, Panamá ©

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Figura 35 Otros invertebrados y algas encontrados Referencia: (Colin 1978, Allen 1998)

Otros invertebrados y algas encontrados

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