Please use this identifier to cite or link to this item: https://hdl.handle.net/1822/22935

TitleEcological segregation inferred using chemical tracers and contamination assessment of five toothed whales in the Northwest Iberian Peninsula
Author(s)Méndez Fernandez, Paula
Advisor(s)Vingada, José V.
Caurant, Florence
Bustamante, Paco
Pierce, Graham J.
López, Alfredo
Issue date30-Nov-2012
Abstract(s)The first objective of this PhD was to determine the degree of ecological segregation between five sympatric species of toothed whales (i.e. common dolphin Delphinus delphis, harbour porpoise Phocoena phocoena, bottlenose dolphin Tursiops truncatus, striped dolphin Stenella coeruleoalba and long finned pilot whale Globicephala melas) inhabiting a restricted and highly productive area, the North West Iberian Peninsula (NWIP). To this end, chemical parameters analyses were used as an “alternative method” of assessing diet and habitat of these animals over different periods of integration, complementing the information given by traditional methods of investigation such as stomach contents, faeces analyses and field observations. The second objective was to evaluate the contamination status of these species in order to estimate the toxicological risk these populations face and to complete the existing database. In this context, trace elements, carbon and nitrogen stable isotopes, as well as persistent organic pollutants (POPs) were selected as chemical parameters for our investigations. Firstly, the chemical parameters were used as ecological tracers of populations (or parts of populations) by drawing an image of the diet and habitat of the species at different time scales. We estimated that the food web has five trophic levels, with toothed whales occupying the top positions, with no significant difference in trophic positions among them, ranging from 4.3 to 5.3. While the analysis of a single chemical parameter did not completely segregate between the five species, the information gained by combining the analyses of several long-term ecological tracers (i.e. nitrogen and carbon stable isotopes in teeth and renal cadmium concentrations) revealed ecological niche segregation in two dimensions of this niche (the trophic and the spatial dimensions). However, year-to-year or seasonal variations could not be investigated, except for in common dolphin, and thus temporary overlap cannot be excluded. Additionally, we showed that polychlorinated biphenyls (PCBs) profiles could be a relevant tracer of the foraging ecology of taxonomically close species, allowing a fine separation of the species as result of their different patterns. This was particularly clear for the harbour porpoise and striped dolphin. Secondly, the contamination status of the species in this area was evaluated, with concentrations interpreted in the light of biological and ecological factors. But the bioaccumulation of trace elements appeared to be less predictable than that of POPs. Bottlenose dolphins and harbour porpoises were found to have higher PCBs concentrations than the rest of the analysed NWIP toothed whales, as well as those of adjacent NE Atlantic waters. The main results of this PhD highlight the relevance of exploiting these chemical parameters as ecological tracers, as well as their usefulness in the comprehensive study of structure and function of ecosystems through the role of top predators. Combined with the information on anthropogenic activities, this work can also contribute to the development and implementation of management plans and mitigation measures for these five species of toothed whales in the NWIP.
O primeiro objetivo desta tese foi determinar qual grau de segregação ecológica existente entre cinco espécies simpráticas de cetáceos odontocetes (i.e. golfinho-comum Delphinus delphis, bôto Phocoena phocoena, roaz-corvineiro Tursiops truncatus, golfinho-riscado Stenella coeruleoalba e baleia-piloto Globicephala melas) que habitam numa área restrita e altamente produtiva, o Noroeste da Península Ibérica (NOPI). Para este fim, foram analisados parâmetros químicos como um "método alternativo" que pode refletir a dieta e habitat em diferentes períodos de integração destes animais, complementando a informação obtida através de métodos tradicionais tais como as análises de conteúdos estomacais, as análises de fezes e a observação de campo levadas a cabo no NOPI. O segundo objetivo foi avaliar o estado de contaminação destas espécies, obtendo dados de base de contaminantes nestas populações e estimar o risco toxicológico. Os elementos traço, os isótopos estáveis de carbono e nitrogênio e os poluentes orgânicos persistentes (POPs) foram seleccionados como parâmetros químicos para responder aos nossos objectivos. Em primeiro lugar, os parâmetros químicos foram utilizados como traçadores ecológicos de populações (ou partes das populações) pondo em evidência a dieta e habitat das espécies em estudo ao longo de diferentes escalas temporais. Estimou-se que a cadeia trófica possui um total de cinco niveis tróficos onde os cetáceos odontocetes estudados ocupam as posições mais elevadas sem apresentar diferenças significativas entre elas, variando desde 4.3 para 5.3. Embora a análise de um único parâmetro químico não tenha permitido segregar completamente as cinco espécies, a informação obtida combinando as análises de vários traçadores ecológicos a longo prazo (i.e. isótopos estáveis de carbono e nitrogênio em dentes e concentrações de cádmio nos rins) revela uma segregação do nicho ecológico entre as cinco espécies em duas dimensões do nicho (a dimensão trófica e a dimensão espacial). Porém, não pode ser excluída uma sobreposição temporal, uma vez que não foi possível investigar variações sazonais ou interanuais, excepto no caso do golfinho-comum. Adicionalmente, mostramos que perfis de policloro bifenis (PCBs) podem ser un traçador pertinente da ecologia alimentar de espécies taxonomicamente próximas permitindo uma boa separação das espécies bôto e golfinho-riscado de acordo com os seus diferentes padrões. Em segundo lugar, foi avaliado o estado de contaminação das espécies nesta área. As concentrações foram interpretadas tendo em conta factores biológicos e ecológicos. No entanto, a bio-acumulação dos elementos traço mostrou-se menos previsível que a bio-acumulação dos POPs. O roaz-corvineiro e o bôto exibiram as concentrações mais elevadas de PCBs com respeito dos outros cetáceos odontocetes do NOPI e com respeito aos outros indivíduos de águas vizinhas do Oceano Atlântico Nordeste. Os principais resultados desta tese mostram a relevância destes parâmetros químicos como os traçadores ecológicos e a sua utilidade no estudo da estrutura e funcionamento dos ecossistemas através do papel dos predadores de topo. Combinando estes dados com a informação sobre as atividades antropogénicas, este trabalho pode contribuir ao desenvolvimento e implementação de planos de gestão e mitigação para estas cinco espécies de cetáceos odontocetes no NOPI.
Le premier objectif de ce travail de thèse était de déterminer quel est le degré de ségrégation écologique entre cinq espèces sympatriques de cétacés odontocètes (i.e. le dauphin commun Delphinus delphis, le marsouin commun Phocoena phocoena, le grand dauphin tursiops truncatus, le dauphin bleu et blanc Stenella coeruleoalba et le globicéphale noir Globicephala melas) fréquentant l’aire marine restreinte et très productive du Nord-Ouest de la Péninsule Ibérique (NOPI). Pour cela, des paramètres chimiques ont été analysés dans les tissus biologiques, en tant que “ méthode alternative ” pouvant refléter de façon précise le régime alimentaire et l’habitat de ces animaux à différents échelles de temps d’intégration, et ainsi compléter les informations apportées par des méthodes plus traditionnelles tels que l’analyse des contenus stomacaux ou des fèces, ou encore les données d’observations en mer. Le second objectif de ce travail était d’évaluer l’état de contamination de ces espèces, pour acquérir une base de données de référence complète les concernant et estimer le risque toxicologique auquel elles peuvent faire face. Dans ce contexte, les éléments traces, les isotopes stables du carbone et de l’azote, et les polluants organiques persistants (POPs) sont les paramètres chimiques qui ont été sélectionnés pour répondre aux objectifs fixés. Dans un premier temps, les paramètres chimiques ont été utilisés comme traceurs écologiques des populations (ou de segments de population), procurant une image du régime alimentaire et de l’habitat des espèces à différentes échelles de temps. Nous avons calculé que le réseau trophique du NOPI avait cinq niveaux trophiques, au sein duquel les espèces étudiées occupaient les plus hautes positions, comprises entre 4,3 à 5,3, et sans qu’il y ait de différence significative de position trophiques entre les espèces. Alors que l’analyse d’un seul paramètre chimique ne permettait pas ségréger les cinq espèces, les informations apportées par l’analyse de plusieurs traceurs de long terme (i.e. rapport des isotopes stables du carbone et de l’azote dans les dents et concentrations de cadmium dans les reins) ont révélé une ségrégation de leur niche écologique dans deux des dimensions possibles (les dimensions trophique et spatiale). Cependant, les variations pouvant survenir d’une année sur l’autre ou saisonnières n’ont pas pu être étudiées, excepté pour le dauphin commun, et un chevauchement temporaire des niches ne peut donc pas être totalement exclu. De plus, nous avons montré que les profils de polychlorobiphényles (PCBs) pouvaient être un traceur pertinent de l’écologie trophique d’espèces taxinomiquement proches, en permettant une séparation fine des espèces telles que le marsouin commun et le dauphin bleu et blanc, d’après les différents profiles d’accumulation de ces deux espèces. Dans un second temps, l’état de contamination des espèces dans la zone d’étude a été évalué. Les concentrations ont été interprétées à la lumière des facteurs biologiques et écologiques pouvant influencer ces concentrations, et la bioaccumulation des éléments traces s’est révélée moins prévisible que celle des POPs. Le grand dauphin et le marsouin commun présentaient les concentrations de PCBs les plus élevées par rapport aux autres cétacés odontocètes du NOPI et par rapport à d’autres individus des eaux adjacentes de l’Atlantique Nord-Est. Les résultats principaux de ce travail de thèse ont mis en évidence la pertinence d’utiliser ces paramètres chimiques comme traceurs écologiques, et leur utilité dans la compréhension de la structure et le fonctionnement des écosystèmes à travers le rôle des prédateurs supérieurs. En combinant ces résultats à des informations concernant les activités anthropiques, ce travail peut contribuer au développement et à l’implémentation de mesures de gestion pour ces cinq espèces de cétacés odontocètes du NOPI.
TypeDoctoral thesis
DescriptionTese de doutoramento em Ciências (ramo de conhecimento em Biologia)
URIhttps://hdl.handle.net/1822/22935
AccessOpen access
Appears in Collections:BUM - Teses de Doutoramento
CIPsi - Teses de Doutoramento

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