Approccio innovativo per lo studio di comunità bentoniche mediterranee soggette a multiple stressors: applicazione della fotogrammetria e analisi della complessità strutturale a Paramunicea clavata (Risso, 1827).

Abstract

Il Mar Mediterraneo è interessato da rilevanti cambiamenti ambientali legati all’aumento delle temperature, alla pressione antropica e alla maggiore frequenza di disturbi. Gli habitat coralligeni, tra i più sensibili, presentano elevata biodiversità e complessità strutturale. In questi contesti, le gorgonie svolgono un ruolo chiave come ingegneri ecosistemici. Paramuricea clavata (Risso,1827), specie diffusa e strutturalmente rilevante, è stata colpita da fenomeni di necrosi e mortalità parziale associati a stress termico, malattie e impatti antropici. Questo studio, condotto su una secca coralligena al largo di Vado Ligure (Mar Ligure), valuta l’integrazione tra fotogrammetria subacquea e analisi frattale per descrivere la struttura delle colonie e gli effetti della necrosi sulla complessità architetturale. È stato introdotto un indice di dimensione frattale topologica (Df) per descrivere l’organizzazione gerarchica delle ramificazioni. I dati, acquisiti tra il 2022 e il 2024 tramite video subacquei e processati con tecniche Structure-from-Motion, hanno consentito la ricostruzione di modelli 3D e l’identificazione di 72 colonie in meno di un’ora. Quattordici colonie comparabili nel tempo sono state analizzate ricostruendo la struttura secondo la gerarchia di Horton–Strahler e calcolando il Df per l’intera colonia (Df_tot) e per la porzione viva (Df_vivo). I risultati mostrano che la dimensione frattale dipende principalmente dalla dimensione della colonia, senza variazioni significative tra anni. La necrosi non riduce sempre la complessità, ma quando interessa i rami principali comporta una perdita significativa. L’integrazione tra fotogrammetria e analisi frattale si conferma un approccio promettente per il monitoraggio degli habitat coralligeni.

The Mediterranean Sea is undergoing significant environmental changes driven by rising temperatures, increasing human pressure, and more frequent disturbances. Coralligenous habitats are among the most sensitive ecosystems, characterized by high biodiversity and complex three-dimensional structures. In these environments, gorgonians act as key ecosystem engineers. Paramuricea clavata (Risso,1827), one of the most widespread and structurally important species, has been increasingly affected by necrosis and partial mortality linked to thermal stress, disease, and anthropogenic impacts. This study, conducted on a coralligenous shoal off Vado Ligure (Ligurian Sea), evaluates the integration of underwater photogrammetry and fractal analysis to quantitatively describe colony structure and assess the effects of necrosis on architectural complexity. A novel topological fractal dimension index (Df) was introduced to characterize the hierarchical organization of branching patterns. Data were collected between 2022 and 2024 through underwater video surveys and processed using Structure-from-Motion techniques to generate high-resolution 3D models. These allowed the identification and spatial mapping of 72 colonies in less than one hour. Fourteen colonies, recognizable and comparable across years, were selected for fractal analysis. Their branching structures were reconstructed using the Horton–Strahler hierarchy, and Df was calculated for both the whole colony (Df_tot) and the living portion (Df_vivo). Results indicate that fractal dimensionality is primarily related to colony size, with no significant interannual variation. Necrosis does not necessarily reduce overall complexity; however, when it affects main branches, a significant loss of structural complexity occurs. The integration of photogrammetry and fractal analysis thus represents a promising approach for quantitative monitoring of Mediterranean coralligenous habitats.