The management and conservation of the world's oceans require synthesis of spatial data on the distribution and intensity of human activities and the overlap of their impacts on marine ecosystems. We developed an ecosystem-specific, multiscale spatial model to synthesize 17 global data sets of anthropogenic drivers of ecological change for 20 marine ecosystems. Our analysis indicates that no area is unaffected by human influence and that a large fraction (41%) is strongly affected by multiple drivers. However, large areas of relatively little human impact remain, particularly near the poles. The analytical process and resulting maps provide flexible tools for regional and global efforts to allocate conservation resources; to implement ecosystem-based management; and to inform marine spatial planning, education, and basic research.

Abstract Human pressures on the ocean are thought to be increasing globally, yet we know little about their patterns of cumulative change, which pressures are most responsible for change, and which places are experiencing the greatest increases. Managers and policymakers require such information to make strategic decisions and monitor progress towards management objectives. Here we calculate and map recent change over 5 years in cumulative impacts to marine ecosystems globally from fishing, climate change, and ocean- and land-based stressors. Nearly 66% of the ocean and 77% of national jurisdictions show increased human impact, driven mostly by climate change pressures. Five percent of the ocean is heavily impacted with increasing pressures, requiring management attention. Ten percent has very low impact with decreasing pressures. Our results provide large-scale guidance about where to prioritize management efforts and affirm the importance of addressing climate change to maintain and improve the condition of marine ecosystems.

Background A number of factors have recently caused mass coral mortality events in all of the world's tropical oceans. However, little is known about the timing, rate or spatial variability of the loss of reef-building corals, especially in the Indo-Pacific, which contains 75% of the world's coral reefs. Methodology/Principle Findings We compiled and analyzed a coral cover database of 6001 quantitative surveys of 2667 Indo-Pacific coral reefs performed between 1968 and 2004. Surveys conducted during 2003 indicated that coral cover averaged only 22.1% (95% CI: 20.7, 23.4) and just 7 of 390 reefs surveyed that year had coral cover >60%. Estimated yearly coral cover loss based on annually pooled survey data was approximately 1% over the last twenty years and 2% between 1997 and 2003 (or 3,168 km2 per year). The annual loss based on repeated measures regression analysis of a subset of reefs that were monitored for multiple years from 1997 to 2004 was 0.72 % (n = 476 reefs, 95% CI: 0.36, 1.08). Conclusions/Significance The rate and extent of coral loss in the Indo-Pacific are greater than expected. Coral cover was also surprisingly uniform among subregions and declined decades earlier than previously assumed, even on some of the Pacific's most intensely managed reefs. These results have significant implications for policy makers and resource managers as they search for successful models to reverse coral loss.

Very little is known about how environmental changes such as increasing temperature affect disease dynamics in the ocean, especially at large spatial scales. We asked whether the frequency of warm temperature anomalies is positively related to the frequency of coral disease across 1,500 km of Australia's Great Barrier Reef. We used a new high-resolution satellite dataset of ocean temperature and 6 y of coral disease and coral cover data from annual surveys of 48 reefs to answer this question. We found a highly significant relationship between the frequencies of warm temperature anomalies and of white syndrome, an emergent disease, or potentially, a group of diseases, of Pacific reef-building corals. The effect of temperature was highly dependent on coral cover because white syndrome outbreaks followed warm years, but only on high (>50%) cover reefs, suggesting an important role of host density as a threshold for outbreaks. Our results indicate that the frequency of temperature anomalies, which is predicted to increase in most tropical oceans, can increase the susceptibility of corals to disease, leading to outbreaks where corals are abundant.

Many marine scientists have concluded that coral reefs are moving toward or are locked into a seaweed‐dominated state. However, because there have been no regional‐ or global‐scale analyses of such coral reef “phase shifts,” the magnitude of this phenomenon was unknown. We analyzed 3581 quantitative surveys of 1851 reefs performed between 1996 and 2006 to determine the frequency, geographical extent, and degree of macroalgal dominance of coral reefs and of coral to macroalgal phase shifts around the world. Our results indicate that the replacement of corals by macroalgae as the dominant benthic functional group is less common and less geographically extensive than assumed. Although we found evidence of moderate local increases in macroalgal cover, particularly in the Caribbean, only 4% of reefs were dominated by macroalgae (i.e., >50% cover). Across the Indo‐Pacific, where regional averages of macroalgal cover were 9–12%, macroalgae only dominated 1% of the surveyed reefs. Between 1996 and 2006, phase shift severity decreased in the Caribbean, did not change in the Florida Keys and Indo‐Pacific, and increased slightly on the Great Barrier Reef due to moderate coral loss. Coral reef ecosystems appear to be more resistant to macroalgal blooms than assumed, which has important implications for reef management.

Background A variety of human activities have led to the recent global decline of reef-building corals [1], [2]. The ecological, social, and economic value of coral reefs has made them an international conservation priority [2], [3]. The success of Marine Protected Areas (MPAs) in restoring fish populations [4] has led to optimism that they could also benefit corals by indirectly reducing threats like overfishing, which cause coral degradation and mortality [2], [5]. However, the general efficacy of MPAs in increasing coral reef resilience has never been tested. Methodology/Principal Findings We compiled a global database of 8534 live coral cover surveys from 1969–2006 to compare annual changes in coral cover inside 310 MPAs to unprotected areas. We found that on average, coral cover within MPAs remained constant, while coral cover on unprotected reefs declined. Although the short-term differences between unprotected and protected reefs are modest, they could be significant over the long-term if the effects are temporally consistent. Our results also suggest that older MPAs were generally more effective in preventing coral loss. Initially, coral cover continued to decrease after MPA establishment. Several years later, however, rates of coral cover decline slowed and then stabilized so that further losses stopped. Conclusions/Significance These findings suggest that MPAs can be a useful tool not only for fisheries management, but also for maintaining coral cover. Furthermore, the benefits of MPAs appear to increase with the number of years since MPA establishment. Given the time needed to maximize MPA benefits, there should be increased emphasis on implementing new MPAs and strengthening the enforcement of existing MPAs.

Managing coral reefs for resilience to climate change is a popular concept but has been difficult to implement because the empirical scientific evidence has either not been evaluated or is sometimes unsupportive of theory, which leads to uncertainty when considering methods and identifying priority reefs. We asked experts and reviewed the scientific literature for guidance on the multiple physical and biological factors that affect the ability of coral reefs to resist and recover from climate disturbance. Eleven key factors to inform decisions based on scaling scientific evidence and the achievability of quantifying the factors were identified. Factors important to resistance and recovery, which are important components of resilience, were not strongly related, and should be assessed independently. The abundance of resistant (heat-tolerant) coral species and past temperature variability were perceived to provide the greatest resistance to climate change, while coral recruitment rates, and macroalgae abundance were most influential in the recovery process. Based on the 11 key factors, we tested an evidence-based framework for climate change resilience in an Indonesian marine protected area. The results suggest our evidence-weighted framework improved upon existing un-weighted methods in terms of characterizing resilience and distinguishing priority sites. The evaluation supports the concept that, despite high ecological complexity, relatively few strong variables can be important in influencing ecosystem dynamics. This is the first rigorous assessment of factors promoting coral reef resilience based on their perceived importance, empirical evidence, and feasibility of measurement. There were few differences between scientists' perceptions of factor importance and the scientific evidence found in journal publications but more before and after impact studies will be required to fully test the validity of all the factors. The methods here will increase the feasibility and defensibility of including key resilience metrics in evaluations of coral reefs, as well as reduce costs. Adaptation, marine protected areas, priority setting, resistance, recovery.

In recent decades, many marine populations have experienced major declines in abundance, but we still know little about where management interventions may help protect the highest levels of marine biodiversity. We used modeled spatial distribution data for nearly 12,500 species to quantify global patterns of species richness and two measures of endemism. By combining these data with spatial information on cumulative human impacts, we identified priority areas where marine biodiversity is most and least impacted by human activities, both within Exclusive Economic Zones (EEZs) and Areas Beyond National Jurisdiction (ABNJ). Our analyses highlighted places that are both accepted priorities for marine conservation like the Coral Triangle, as well as less well-known locations in the southwest Indian Ocean, western Pacific Ocean, Arctic and Antarctic Oceans, and within semi-enclosed seas like the Mediterranean and Baltic Seas. Within highly impacted priority areas, climate and fishing were the biggest stressors. Although new priorities may arise as we continue to improve marine species range datasets, results from this work are an essential first step in guiding limited resources to regions where investment could best sustain marine biodiversity.

Abstract Global nutrition targets remain unmet, as over half of preschool-aged children and two-thirds of non-pregnant women of reproductive age worldwide suffer from micronutrient deficiencies. Climate change poses a growing threat to global food and nutrition security, but existing climate risk assessments often overlook the critical roles of both terrestrial and aquatic nutrient-rich foods that are vital for dietary diversity and micronutrient supply. In this study, we introduce an innovative framework that integrates data on future climate extremes, nutrient supply dependencies, and diet-related climate vulnerability. Our comprehensive analysis assesses nutrition-sensitive climate risk to five essential micronutrients across production systems. By mid-century (2041-2060), we estimate that 75% of calcium, 30% of folate, 39% of iron, 68% of vitamin A, and 79% of vitamin B12 produced in primary food products will face frequent climate extremes (at least every other year) globally. Nearly fifty countries are projected to face high domestic climate risk for two or more micronutrients during this period, with ten countries facing high risk across all five. We outline distinct climate risk profiles to offer data-driven entry points into strategies for bolstering the resilience of micronutrient supply chains and advancing progress toward global nutrient targets in the face of a changing climate.