Global food demand is rising, and serious questions remain about whether supply can increase sustainably1. Land-based expansion is possible but may exacerbate climate change and biodiversity loss, and compromise the delivery of other ecosystem services2–6. As food from the sea represents only 17% of the current production of edible meat, we ask how much food we can expect the ocean to sustainably produce by 2050. Here we examine the main food-producing sectors in the ocean—wild fisheries, finfish mariculture and bivalve mariculture—to estimate ‘sustainable supply curves’ that account for ecological, economic, regulatory and technological constraints. We overlay these supply curves with demand scenarios to estimate future seafood production. We find that under our estimated demand shifts and supply scenarios (which account for policy reform and technology improvements), edible food from the sea could increase by 21–44 million tonnes by 2050, a 36–74% increase compared to current yields. This represents 12–25% of the estimated increase in all meat needed to feed 9.8 billion people by 2050. Increases in all three sectors are likely, but are most pronounced for mariculture. Whether these production potentials are realized sustainably will depend on factors such as policy reforms, technological innovation and the extent of future shifts in demand. Modelled supply curves show that, with policy reform and technological innovation, the production of food from the sea may increase sustainably, perhaps supplying 25% of the increase in demand for meat products by 2050.

Curbing demand for wild fish in aquafeeds is critical

Despite contributing to healthy diets for billions of people, aquatic foods are often undervalued as a nutritional solution because their diversity is often reduced to the protein and energy value of a single food type ('seafood' or 'fish')1-4. Here we create a cohesive model that unites terrestrial foods with nearly 3,000 taxa of aquatic foods to understand the future impact of aquatic foods on human nutrition. We project two plausible futures to 2030: a baseline scenario with moderate growth in aquatic animal-source food (AASF) production, and a high-production scenario with a 15-million-tonne increased supply of AASFs over the business-as-usual scenario in 2030, driven largely by investment and innovation in aquaculture production. By comparing changes in AASF consumption between the scenarios, we elucidate geographic and demographic vulnerabilities and estimate health impacts from diet-related causes. Globally, we find that a high-production scenario will decrease AASF prices by 26% and increase their consumption, thereby reducing the consumption of red and processed meats that can lead to diet-related non-communicable diseases5,6 while also preventing approximately 166 million cases of inadequate micronutrient intake. This finding provides a broad evidentiary basis for policy makers and development stakeholders to capitalize on the potential of aquatic foods to reduce food and nutrition insecurity and tackle malnutrition in all its forms.

Marine Protected Areas (MPAs) are conservation tools intended to protect biodiversity, promote healthy and resilient marine ecosystems, and provide societal benefits. Despite codification of MPAs in international agreements, MPA effectiveness is currently undermined by confusion about the many MPA types and consequent wildly differing outcomes. We present a clarifying science-driven framework—The MPA Guide—to aid design and evaluation. The guide categorizes MPAs by stage of establishment and level of protection, specifies the resulting direct and indirect outcomes for biodiversity and human well-being, and describes the key conditions necessary for positive outcomes. Use of this MPA Guide by scientists, managers, policy-makers, and communities can improve effective design, implementation, assessment, and tracking of existing and future MPAs to achieve conservation goals by using scientifically grounded practices.

The objective of this study was to evaluate emerging anaerobic membrane bioreactor (AnMBR) technology in comparison with conventional wastewater energy recovery technologies. Wastewater treatment process modeling and systems analyses were combined to evaluate the conditions under which AnMBR may produce more net energy and have lower life cycle environmental emissions than high rate activated sludge with anaerobic digestion (HRAS+AD), conventional activated sludge with anaerobic digestion (CAS+AD), and an aerobic membrane bioreactor with anaerobic digestion (AeMBR+AD). For medium strength domestic wastewater treatment under baseline assumptions at 15 °C, AnMBR recovered 49% more energy as biogas than HRAS+AD, the most energy positive conventional technology considered, but had significantly higher energy demands and environmental emissions. Global warming impacts associated with AnMBR were largely due to emissions of effluent dissolved methane. For high strength domestic wastewater treatment, AnMBR recovered 15% more net energy than HRAS+AD, and the environmental emissions gap between the two systems was reduced. Future developments of AnMBR technology in low energy fouling control, increased flux, and management of effluent methane emissions would make AnMBR competitive with HRAS+AD. Rapid advancements in AnMBR technology must continue to achieve its full economic and environmental potential as an energy recovery strategy for domestic wastewater.

Numerous studies have focused on the need to expand production of 'blue foods', defined as aquatic foods captured or cultivated in marine and freshwater systems, to meet rising population- and income-driven demand. Here we analyze the roles of economic, demographic, and geographic factors and preferences in shaping blue food demand, using secondary data from FAO and The World Bank, parameters from published models, and case studies at national to sub-national scales. Our results show a weak cross-sectional relationship between per capita income and consumption globally when using an aggregate fish metric. Disaggregation by fish species group reveals distinct geographic patterns; for example, high consumption of freshwater fish in China and pelagic fish in Ghana and Peru where these fish are widely available, affordable, and traditionally eaten. We project a near doubling of global fish demand by mid-century assuming continued growth in aquaculture production and constant real prices for fish. Our study concludes that nutritional and environmental consequences of rising demand will depend on substitution among fish groups and other animal source foods in national diets.

Globally, demand for food animal products is rising. At the same time, we face mounting, related pressures including limited natural resources, negative environmental externalities, climate disruption, and population growth. Governments and other stakeholders are seeking strategies to boost food production efficiency and food system resiliency, and aquaculture (farmed seafood) is commonly viewed as having a major role in improving global food security based on longstanding measures of animal production efficiency. The most widely used measurement is called the 'feed conversion ratio' (FCR), which is the weight of feed administered over the lifetime of an animal divided by weight gained. By this measure, fed aquaculture and chickens are similarly efficient at converting feed into animal biomass, and both are more efficient compared to pigs and cattle. FCR does not account for differences in feed content, edible portion of an animal, or nutritional quality of the final product. Given these limitations, we searched the literature for alternative efficiency measures and identified 'nutrient retention', which can be used to compare protein and calories in feed (inputs) and edible portions of animals (outputs). Protein and calorie retention have not been calculated for most aquaculture species. Focusing on commercial production, we collected data on feed composition, feed conversion ratios, edible portions (i.e. yield), and nutritional content of edible flesh for nine aquatic and three terrestrial farmed animal species. We estimate that 19% of protein and 10% of calories in feed for aquatic species are ultimately made available in the human food supply, with significant variation between species. Comparing all terrestrial and aquatic animals in the study, chickens are most efficient using these measures, followed by Atlantic salmon. Despite lower FCRs in aquaculture, protein and calorie retention for aquaculture production is comparable to livestock production. This is, in part, due to farmed fish and shrimp requiring higher levels of protein and calories in feed compared to chickens, pigs, and cattle. Strategies to address global food security should consider these alternative efficiency measures.

Abstract Monitoring mollusk biodiversity is a great challenge due to their large diversity and broad distribution. Environmental DNA (eDNA) technology is increasingly applied for biodiversity monitoring, but relevant studies on marine mollusks are still limited. Although previous studies have developed several pairs of primers for mollusk eDNA analyses, most of them targeted only a small group of mollusks. In this study, seven primers were designed for the mollusk community and validated and compared with eight pairs of published primers to select the best candidates. After in silico test, MollCOI154 and MollCOI255 primers showed non-specific amplification, and same results were also obtained in published primers (COI204, Sepi, and veneroida). Moll12S100, Moll12S195 and Moll16S primers failed to amplify across all genomic DNA from selected mollusk. Except Moll16S, all developed and two published (unionoida and veneroida) primers were successfully amplified on four eDNA samples from Yangtze River estuary. After annotation of the amplified sequences, MollCOI253 showed higher annotation of the amplification results than the other primers. In conclusion, MollCOI253 had better performance in terms of amplification success and specificity, and can provide technical support for eDNA-based research, which will be beneficial for molluscan biodiversity investigation and conservation.