Feeding Ecology of Antarctic toothfish Dissostichus mawsoni in the Ross and adjacent seas

Abstract

As pescas são uma das maiores atividades do Oceano Austral. Pescado sob medidas precaucionária, o Bacalhau da Antártida Dissostichus mawsoni é uma das principais espécies alvo desta atividade na Antártida. No entanto, pouco se sabe acerca da variabilidade sua dieta, ecologia alimentar e trófica, três pilares na gestão de recursos marinhos, em diferentes zonas do Oceano Austral. A contaminação de mercúrio (Hg), um elemento tóxico ao humano, no músculo do peixe deve ser controlada regularmente para garantir uma comercialização segura. Apesar disso, desde o inicio da pesca do D. mawsoni, apenas por três vezes a contaminação foi analisada, apesar do conhecido aumento da concentração de Hg em águas oceânicas. Para preencher estas lacunas, o objetivo desta tese é estudar a dieta, ecologia alimentar e trófica e a contaminação de Hg do D. mawsoni nos mares de Ross, Amundsen e Dumont D’Urville, três principais zonas de pescas desta espécie, durante a época de pesca 2016/17. Os cefalópodes dos três mares, que são pouco conhecidos, foram também estudados em detalhe. A ontogenia e contaminação de Hg das duas espécies de cefalópodes mais frequentes na dieta do D. mawsoni (Psychroteuthis glacialis e Kondakovia longimana) nos mares de Amundsen e Dumont D’Urville foi também analisada. A dieta do D. mawsoni foi estudada usando os conteúdos estomacais de peixes capturados em quatro SSRUs na zona de convenção CCAMLR pertencentes ao Mar de Ross (subárea 88.1), Mar de Amundsen (88.2) e Mar de Dumont D’Urville (58.4.1). Este trabalho confirmou que o D. mawsoni se alimenta principalmente de peixes e cefalópodes, tendo também, em menor número, outros taxa (ex. crustáceos, cnidários) na sua dieta. A sua dieta varia entre áreas de pesca em termos de número de espécies presente e a importância de cada uma nas diferentes áreas. Todavia, quatro espécies (Macrourus sp., Antimora rostrata, P. glacialis and K. longimana) estão presentes em todas as áreas amostradas, e em números elevados, mostrando que são presas principais do D. mawsoni. A presença de presas pelágicas e bentónicas, bem como pequenas pedras nos estômagos, confirmam que esta espécie alimenta-se na zona bentopelágica.A ecologia alimentar e trófica, através da análise de isótopos estáveis de δ13C e δ15N, e a contaminação de Hg em D. mawsoni foi analisada utilizando músculo de peixe capturado em três SSRUs do Mar de Amundsen (88.2F (peixes mais pequenos) e 88.2H) e do Mar de Dumont D’Urville (58.4.1G), localizados num monte marinho (88.2H) e no talude (88.2F e 58.4.1G). Valores de δ13C mostram que o D. mawsoni tem a mesma estratégia alimentar, mas diferentes zonas de alimentação, sugerindo que os peixes maiores encontrados no talude migraram até às zonas mais costeiras para se reproduzirem. Valores de δ15N mostram que esta espécie tem um nível trófico semelhante independente da área e do tamanho do peixe, sugerindo que, apesar de presas diferentes, o seu papel na rede-trófica é semelhante. Em relação à contaminação de Hg foram encontradas diferenças entre áreas e tamanho de peixe. Peixes mais pequenos apresentam menor concentração de Hg, confirmando a acumulação de Hg ao longo da vida do peixe. Também foram encontradas diferenças entre áreas de captura, com os peixes do monte marinho (88.2H) a apresentarem os maiores valores (média de ~0.7ppm), tendo pela primeira vez, valores superiores ao permitido para comercialização.Os cefalópodes dos três mares foram estudados devido à necessidade de investigação destes organismos, usando os bicos encontrados na dieta do D. mawsoni. A espécie mais abundante nos mares de Amundsen e Dumont D’Urville foi a P. glacialis, sendo que no Mar de Ross todas as espécies apresentaram abundâncias semelhantes. A diversidade entre mares não é similar, com algumas espécies a habitar apenas um dos mares. A distribuição, ecologia trófica e contaminação de Hg de P. glacialis e K. longimana em juvenil e adulta, foi estudada através da análise de isótopos estáveis e determinação de T-Hg em duas secções do bico superior. A P. glacialis habita exclusivamente a região Antárctica e a K. longimana está presente na região Antárctica e Subantárctica, movendo-se livremente através da Frente Polar. Ambas as espécies apresentaram um aumento de nível trófico entre fases da vida, com a P. glacialis a apresentar maior nível trófico que a K. longimana em ambas as fases da vida. Relativamente ao Hg, ambas as espécies apresentaram maior contaminação em adultos, com a P. glacialis do Mar de Amundsen a apresentar os maiores valores de Hg entre as espécies estudadas (~0.017 pppm).Neste trabalho, também é sugerido algumas alterações na gestão das pescas do Oceano Austral, mais especificamente uma revisão dos limites de captura de bycatch e a necessidade de uma análise anual dos níveis de Hg. Além do mais, é sugerido uma revisão ao limite máximo de Hg permitido para D. mawsoni como feito para outros predadores de topo.

Fisheries are major activities in the Southern Ocean. Fished under exploratory catches and precautionary measures, Antarctic toothfish Dissostichus mawsoni is one of the principal targets of this activity in Antarctica. However, little is known about the variability of its diet, feeding and trophic ecology, three major topics in the management of marine living resources, in different regions of the Southern Ocean. Mercury (Hg) contamination in the fish muscle must be regularly controlled to secure a safety commercialization, because of the high poisoning effect of this element to humans. Yet, since the beginning of D. mawsoni exploration, only for three times this contamination was assessed, despite the known increase Hg concentration in oceanic waters. To fulfil these gaps, the main objective of this thesis is to study the diet, feeding and trophic ecology and Hg contamination of D. mawsoni in the Ross, Amundsen and Dumont D’Urville Seas, three major fishing grounds of this species, during the 2016/2017 fishing season. In addition, the cephalopod component found in the diet of D. mawsoni was studied in detail in the three seas. Moreover, ontogenic shifts and Hg contamination of the two-main squid prey species (Psychroteuthis glacialis and Kondakovia longimana) in Amundsen and Dumont D’Urville Seas was also studied.The diet of D. mawsoni was studied using stomach contents from fish captured in four CCAMLR SSRUs within the Ross Sea (subarea 88.1), Amundsen Sea (88.2) and Dumont D’Urville Sea (58.4.1). I confirmed that D. mawsoni fed primarily in fish and cephalopods, having also many other taxa (e.g. crustaceans, cnidarians) in its diet, however in small number. Its diet varied between the different fishing areas in terms of the species present and the importance of every species in each area. Nevertheless, four species (Macrourus sp., Antimora rostrata, P. glacialis and K. longimana) were present in all the sampling areas, and in high numbers, suggesting that are main prey species for D. mawsoni. The presence of pelagic and benthic species, as small stones in the stomachs, confirmed D. mawsoni as a benthopelagic feeder.The feeding and trophic ecology, through a stable isotopic analysis of δ13C and δ15N, and Hg contamination of D. mawsoni were analysed using muscle collected from fish captured in three SSRUs from the Amundsen Sea (88.2F (with smaller fish) and 88.2H) and Dumont D’Urville Sea (58.4.1G), located in seamount (88.2H) and slope (88.2 F and 58.4.1G) regions. δ13C values showed that D. mawsoni presents the same feeding strategy, but different foraging areas, suggesting that bigger fish found in the slope can be spawning fish that migrated to coastal areas. δ15N values showed that D. mawsoni have similar trophic level independently of the area and fish size, suggesting that, despite having different species in the stomach, their role in the trophic-web is similar. In relation to the Hg contamination, the results contrast with those from isotopic analysis, with differences between fish size and fishing areas. Smaller D. mawsoni presented lower concentrations of Hg confirming the bioaccumulation throughout the fish life. Moreover, differences were found between the fishing areas, with fish from seamount (88.2H) having the highest values of the study (average of ~0.7ppm), presenting also for the first time, since the beginning of fisheries, an average above the limit for commercialization.Cephalopods in the three seas were studied, due to the need of research in this poorly known organisms, using the beaks found in the diet of D. mawsoni. P. glacialis was the most abundant species in the Amundsen and Dumont D’Urville Seas, whereas in the Ross sea all the species were equally abundant. Further, diversity is not similar between the three seas, with some species inhabiting exclusively one of the seas. Distribution, trophic-ecology and Hg contamination of P. glacialis and K. longimana, when juvenile and adult, was studied using stable isotopic analysis and T-Hg determination in two sections of the upper beak. P. glacialis showed to be entirely Antarctic, with K. longimana inhabiting the Antarctic and Subantarctic region, moving freely through the Antarctic Polar Front. Both species showed an increase of trophic level between both life-stages, with P. glacialis presenting higher trophic level than K. longimana in both life-periods. Relative to Hg, both species had higher contamination as adults, with P. glacialis in the Amundsen Sea presenting the highest Hg concentration among these species (~ 0.017 ppm).In this thesis, it is also suggested some changes in terms of Antarctic fisheries management, in particular a bycatch capture limits revision and the necessity of an annual assessment of Hg fish contamination. Furthermore, Hg limits for D. mawsoni should be revised, as made for other top-predators’ species.