Inter-decadal variations of habitat and trophic ecology of Antarctic squid related to oceanographic conditions around South Georgia

Abstract

Antarctic region, which includes the Southern Ocean, is one of the most affected areas of the planet by climate change. The effects in marine organisms are already visible especially in the Scotia Sea, including at South Georgia, across various species but only at a small temporal scale.For Antarctic cephalopods, little is known of their general ecology and on how they are coping with these past and– ongoing environmental changes in the pelagic waters they live. Indeed, for Antarctic cephalopods, there are practically no long-term studies addressing their adaptation or change in habitat and trophic ecology to ongoing environmental changes, as well the state of their abundance and importance to top predators. To fulfill these gaps, the main objective of this thesis is assessing inter-decadal variation in the habitat and trophic ecology of the most important Antarctic squid in the diet of wandering albatrosses (a well-known cephalopod predator) breeding at South Georgia and related them with the oceanographic conditions (i.e. Southern Annular Mode, Southern Oscillation Index and Sea-ice), over the past decades. In addition, the inter-decadal variations of the cephalopods in the diet of wandering albatrosses and possible relationships with environmental conditions were also assessed. The cephalopod beaks were obtained from boluses from wandering albatross chicks, prior to fledging, at South Georgia, spanning over 5 decades (1976, 1984, 1995, 2006 and 2016).The habitat and trophic ecology, through a stable isotopic analysis of δ13C and δ15N of the main Antarctic squid (Kondakovia longimana, Taonius sp. B (Voss), G. antarcticus, G. glacialis, Histioteuthis atlantica and Histioteuthis eltaninae) were analysed using lower beaks of each species. A total of 46 different species were recorded in wandering albatross’ diet. The squid Kondakovia longimana was the most consumed cephalopod by frequency and by mass through the decades, agreeing with previous studies. The only outlier year was 1984, where there was a huge decline in most of the squid species in the diet, probably caused by the bad environmental conditions at this year. In terms of stable isotope analysis, δ13C values exhibited a wide range by the different squid species, reflecting different water masses, from regions as Antarctic waters to Sub-tropical waters. δ15N for the majority of the species showed no differences troughout the decades which may indicate that the food web structure did not suffer any major modification or that in case of any dietary change by a squid species, has been done successfully. Therefore, results suggests that the habitat and trophic levels of the studied squid species have not been any major change, and consequently the trophic interactions in pelagic waters of the Southern Ocean, over the past decades. Cephalopod species from antarctic waters, have been increasing their numbers in wandering albatross' diet, which could be reflection of the increasing of the Southern Annular Mode, in the past decades, which seems to be causing a shift to south in wandering albatross’foraging. The non-relationship between any of the diet parameters of each squid species with the increasing change of the environmental conditions over the decades, may reflect the consistent cephalopod component of the diet of wandering albatrosses, which have been similar, as also their capacity to buffer and react to negative environmental conditions and any regional variations in cephalopod abundance.For the most important squid species, only Taonius sp. B (Voss) appeared to be influenced by the environmental conditions. Results suggests that Taonius sp. B (Voss) occupied more northern waters during negative SOI, and presented a lower trophic level during positive SAM, which could possible indicate some level of adapation to the different environmental conditions.In this thesis, it is suggested that Antarctic squid community abundance have been relatively stable in all these decades, coping with successful with environmental changes and so that food availability, its not a threat to wandering albatrosses. Furthermore, considering the continuos changes in the Southern Ocean may force more top predators to prey on Antarctic cephalopods, increasing their future importance.

A Antártida e o Oceano Austral, são das regiões do planeta mais afetadas pelas alterações climáticas. Os efeitos já são visíveis nos organismos marinhos, especialmente no mar de Scotia, incluindo a Geórgia do Sul, em variadas espécies, mas só a uma reduzida escala temporal. Para os cefalópodes Antárticos há um escasso conhecimento da sua ecologia em geral e como estarão a relacionar-se com passadas e contínuas condições ambientais nas águas pelágicas onde habitam. De facto, para os cefalópodes Antárticos, não há praticamente nenhum estudo longo temporalmente que foque as suas adaptações ou mudanças de habitat e nível trófico face ás contínuas alterações ambientais, assim como a sua importância para predadores de topo. Para preencher estas lacunas, o objetivo principal desta tese é avaliar as variações entre décadas do habitat e ecologia trófica das lulas antárticas mais importantes na dieta do albatroz viageiro (predador de cefalópodes bem reconhecido) que se reproduz na Geórgia do Sul, relacionando com as condições oceanográficas (Modo Anular Sul; Índice Oscilação do Sul e Gelo marinho) ao longo das ultimas décadas. Adicionalmente, também avaliamos as variações entre décadas dos cefalópodes na dieta do albatroz viageiro em Geórgia do Sul e possíveis relações com as condições oceanográficas.Os bicos de cefalópodes foram obtidos a partir de regurgitados de crias de albatroz viageiro, antes do seu primeiro voo, na Geórgia do Sul, ao longo de 5 décadas (1976, 1984, 1995, 2006 e 2016). Através da análise de isótopos estáveis de carbono e azoto das principais lulas antárticas (Kondakovia longimana, Taonius sp. B (Voss), G. antarcticus, G. glacialis, Histioteuthis atlantica and Histioteuthis eltaninae) o seu habitat e nível trófico foram analisados, usando bicos inferiores de cada espécie. Foram registadas um total de 46 espécies diferentes na dieta do albatroz viageiro. A lula Kondakovia longimana foi o cefalópode mais consumido tanto em frequência como por massa ao longo das décadas, estando de acordo com estudos anteriores. O único ano invulgar foi 1984, onde houve um enorme declínio em muitas espécies de lula na dieta, provavelmente causado por más condições ambientais neste ano. Em termos de analise de isótopos estáveis, os isótopos de carbono exibiram um grande range por parte das diferentes espécies de lula, refletindo diferentes massas de água, desde águas antárticas ate águas subtropicais. O azoto para a maioria das espécies não mostrou diferenças ao longo das décadas, o que pode indicar que a estrutura da teia alimentar não sofreu grandes modificações ou que no caso de alguma mudança na dieta por parte de uma espécie de lula, foi executada com sucesso.Assim, os resultados sugerem que no habitat e nível trófico das espécies de lula estudadas não tem havido grandes alterações, e consequentemente nas interações tróficas das águas pelágicas do Oceano Austral, nas últimas décadas. Espécies de cefalópodes de águas antárticas, tem vindo aumentar na dieta de albatroz viageiro, o que pode refletir o aumento do Modo Anular Sul nas passadas décadas, o que pode estar a provocar uma mudança na procura de alimento nos albatrozes. Não houve nenhuma relação entre os parâmetros da dieta de cada espécie de lula com o aumento das alterações das condições ambientais ao longo das décadas, o que pode refletir a consistência dos componentes de cefalópodes na dieta do albatroz, que tem sido similar, assim como traduzir a sua capacidade de reagir e lidar com as más condições ambientais e qualquer variação na abundância de cefalópodes.Para as espécies de lula mais importantes, apenas Taonius sp. B (Voss) demonstrou ser influenciada pelas condições ambientais. Os resultados sugerem que Taonius sp. B (Voss) ocupou águas mais a norte durante SOI negativo, e apresentou um nível trófico mais baixo durante SAM positivos, o que poderá possivelmente indicar algum nível de adaptação a diferentes condições ambientais.Nesta tese, é sugerido que a comunidade de lulas antárticas tem vindo a estar relativamente estável ao longo destas décadas, lidando com sucesso com as alterações climáticas, e por isso a disponibilidade de recursos alimentares não é uma ameaça aos albatrozes viageiros.Alem disso, considerando as continuas alterações no Oceano Austral, poderá forçar mais predadores de topo a predar sob cefalópodes antárticos, aumentando a sua importância no futuro.