Sharks are cartilaginous fish that occupy the intermediate and apex levels of the trophic web. Due to the overexploitation of the global fishery resources, and a decrease in prey availability together with an increase of bycatch, several shark populations are facing a demographic decline. Despite the essential ecological role of these animals, the available information regarding their trophic ecology is still not sufficient. A deeper knowledge about the feeding habits and their habitat use, together with their ecological role in marine ecosystems, are essential for the development of conservation strategies. In this study, the Great White Shark Carcharodon carcharias, listed as “vulnerable” by the IUCN (International Union for the Conservation of nature) Red List from 2018, was taken under consideration. In particular, this study focuses on the population that inhabits the oceanic waters along the KwaZulu-Natal coast, South Africa. here, we aim to investigate the possible changes occurred over time in the trophic niche of C. carcharias. This type of information can be obtained through the analysis of stable isotopes of C and N, resulting in the determination of values of δ13C and δ15N that are useful to obtain data about the main preys ingested in the last months before the death of the animal and about their trophic position. In the present study, several vertebrae samples from individuals stranded along the KwaZulu-Natal coast between the 1987 and 2014 were collected and divided into two temporal groups depending on the year of capture: G1 (1987-1996) and G2 (2005-2014). Firstly, an age estimation using direct band count method on cross-sectioned vertebra, subsequently compared with a back-calculated method obtained from the fork length, here present for each individual. The SIA (Stable Isotope Analysis) was performed analysing material collected from the birth mark (BM) and the last growth band (GB) in order to obtain a comparison in between the potential isotopic signatures of the mothers and those of their own offspring. The correlation between the Total Length (TL) and the values of δ13C showed no significant correlation, demonstrating that no change in the habitat use were recorded with the increasing growth. Nevertheless, a significant correlation was recorded for values of δ15N, showing the existence of an ontogenetic shift in the diet of the species. Several differences were observed in the values of δ13C e δ15N measured in BM and GB of the two temporal groups, but any of these resulted to be significant. The analysis of the trophic niches highlighted the presence of an ontogenetic shift in the diet of animals with a TL higher than > 250 cm in G2 confirming what is reported in previous published studies that observed a complete ontogenetic shift around 300 cm of TL. Finally, simulations conducted with the simmr package of the R software using isotopic values of prey obtained from the literature that the main prey of the white shark are sea lions, pelagic fish and other sharks but their proportional contributions in the diet seem to have decreased in more recent times in favour of that of prey such as clupeids. This could be due to a synergistic effect between the impact of fishing, which has depleted the trophic web by decreasing the availability of prey, and the effects of climate change, which has probably driven sea lions to move in search of more suitable habitats.

Gli elasmobranchi sono pesci cartilaginei che occupano i livelli intermedi e superiori nelle reti trofiche marine. Tuttavia, le popolazioni sono minacciate da sovrasfruttamento delle risorse alieutiche globali, portando ad un depauperamento delle reti trofiche. Nonostante la loro rilevanza ecologica, le informazioni disponibili riguardanti l’ecologia trofica degli elasmobranchi rimangono ancora insufficienti. Una completa conoscenza delle abitudini alimentari e dell’uso dell’habitat è essenziale per lo sviluppo di piani di conservazione adeguati. Lo squalo bianco Carcharodon carcharias è classificata come “vulnerabile” all’interno della Lista Rossa dell’IUCN (International Union for the Conservation of nature) dal 2018. L’obiettivo di questo studio è stato quello di rilevare, tramite analisi isotopiche, i possibili cambiamenti avvenuti nelle abitudini alimentari e nella nicchia trofica della popolazione residente nelle acque oceaniche antistanti la regione di KwaZulu-Natal, Sud Africa. In questo lavoro di tesi sono state condotte delle analisi dei contenuti di isotopi stabili di C e N, con la conseguente determinazione dei valori di δ13C e δ15N. I valori di questi rapporti isotopici sono utilizzati per ottenere informazioni sulle principali prede assimilate negli ultimi mesi di vita dell’animale e sulla posizione trofica dell’animale stesso. In questo studio, le vertebre di individui di squalo bianco prelevate da animali spiaggiati lungo le coste di KwaZulu-Natal tra il 1987 e il 2014, sono state divise in due gruppi temporali in base alla data di campionamento: G1 (organismi campionati tra il1987 e il 1996) e G2 (organismi campionati tra il 2005 e il 2014). La prima analisi condotta su queste vertebre è stata la stima dell’età attraverso un metodo di osservazione diretta delle bande di crescita. I risultati ottenuti sono stati successivamente comparati a quelli ottenuti da un metodo di calcolo inverso dell’età a partire dalle lunghezze alla forca dell’animale, presente per ogni singolo campione. La correlazione tra i valori di δ13C e le lunghezze degli animali non è risultata essere significativa, dimostrando che non vi è stato un cambio nell’uso dell’habitat con l’aumentare della taglia. Tuttavia, correlazioni significative sono state registrate per i valori di δ15N, confermando l’esistenza di uno shift ontogenetico nella dieta degli animali. Sono state riscontrate differenze nei valori di δ13C e δ15N di BM e GB dei due gruppi temporali, ma nessuna di esse è risultata significativa. La modellizzazione delle nicchie trofiche condotta tramite il pacchetto SIBER del software R ha evidenziato cambiamenti nella posizione delle nicchie sia considerando il BM che considerando il GB in entrambi i gruppi temporali. Grazie agli output ottenuti è stato possibile evidenziare uno shift ontogenetico nella dieta degli individui di taglia superiore a 250 cm appartenenti al gruppo G2 a sostegno della teoria secondo la quale un completo shift potrebbe avvenire intorno ai 300 cm, come dimostrato in pubblicazioni precedenti. Infine, le simulazioni condotte con il pacchetto simmr del software R utilizzando valori isotopici di prede ottenuti dalla letteratura, è stato dimostrato che le prede principali dello squalo bianco sono otarie, pesci pelagici e altri squali ma che il loro contributo proporzionale nella dieta dello squalo stesso sembra essere diminuito nei tempi più recenti a favore del contributo dato da prede come i clupeidi. Ciò potrebbe essere dovuto ad un effetto sinergico tra l’impatto della pesca, che ha impoverito la rete trofica diminuendo la disponibilità di prede e gli effetti dei cambiamenti climatici che hanno probabilmente spinto le otarie a spostarsi alla ricerca di habitat più adatti.

Variazioni temporali a lungo termine nella posizione trofica del Grande Squalo Bianco Carcharodon carcharias nella provincia costiera di KwaZulu-Natal, Sud Africa

CARNEMOLLA, BIANCA
2023/2024

Abstract

Sharks are cartilaginous fish that occupy the intermediate and apex levels of the trophic web. Due to the overexploitation of the global fishery resources, and a decrease in prey availability together with an increase of bycatch, several shark populations are facing a demographic decline. Despite the essential ecological role of these animals, the available information regarding their trophic ecology is still not sufficient. A deeper knowledge about the feeding habits and their habitat use, together with their ecological role in marine ecosystems, are essential for the development of conservation strategies. In this study, the Great White Shark Carcharodon carcharias, listed as “vulnerable” by the IUCN (International Union for the Conservation of nature) Red List from 2018, was taken under consideration. In particular, this study focuses on the population that inhabits the oceanic waters along the KwaZulu-Natal coast, South Africa. here, we aim to investigate the possible changes occurred over time in the trophic niche of C. carcharias. This type of information can be obtained through the analysis of stable isotopes of C and N, resulting in the determination of values of δ13C and δ15N that are useful to obtain data about the main preys ingested in the last months before the death of the animal and about their trophic position. In the present study, several vertebrae samples from individuals stranded along the KwaZulu-Natal coast between the 1987 and 2014 were collected and divided into two temporal groups depending on the year of capture: G1 (1987-1996) and G2 (2005-2014). Firstly, an age estimation using direct band count method on cross-sectioned vertebra, subsequently compared with a back-calculated method obtained from the fork length, here present for each individual. The SIA (Stable Isotope Analysis) was performed analysing material collected from the birth mark (BM) and the last growth band (GB) in order to obtain a comparison in between the potential isotopic signatures of the mothers and those of their own offspring. The correlation between the Total Length (TL) and the values of δ13C showed no significant correlation, demonstrating that no change in the habitat use were recorded with the increasing growth. Nevertheless, a significant correlation was recorded for values of δ15N, showing the existence of an ontogenetic shift in the diet of the species. Several differences were observed in the values of δ13C e δ15N measured in BM and GB of the two temporal groups, but any of these resulted to be significant. The analysis of the trophic niches highlighted the presence of an ontogenetic shift in the diet of animals with a TL higher than > 250 cm in G2 confirming what is reported in previous published studies that observed a complete ontogenetic shift around 300 cm of TL. Finally, simulations conducted with the simmr package of the R software using isotopic values of prey obtained from the literature that the main prey of the white shark are sea lions, pelagic fish and other sharks but their proportional contributions in the diet seem to have decreased in more recent times in favour of that of prey such as clupeids. This could be due to a synergistic effect between the impact of fishing, which has depleted the trophic web by decreasing the availability of prey, and the effects of climate change, which has probably driven sea lions to move in search of more suitable habitats.
2023
2024-10-22
Long-term temporal variations in the trophic position of Great White Shark Carcharodon carcharias along KwaZulu-Natal coast, South Africa
Gli elasmobranchi sono pesci cartilaginei che occupano i livelli intermedi e superiori nelle reti trofiche marine. Tuttavia, le popolazioni sono minacciate da sovrasfruttamento delle risorse alieutiche globali, portando ad un depauperamento delle reti trofiche. Nonostante la loro rilevanza ecologica, le informazioni disponibili riguardanti l’ecologia trofica degli elasmobranchi rimangono ancora insufficienti. Una completa conoscenza delle abitudini alimentari e dell’uso dell’habitat è essenziale per lo sviluppo di piani di conservazione adeguati. Lo squalo bianco Carcharodon carcharias è classificata come “vulnerabile” all’interno della Lista Rossa dell’IUCN (International Union for the Conservation of nature) dal 2018. L’obiettivo di questo studio è stato quello di rilevare, tramite analisi isotopiche, i possibili cambiamenti avvenuti nelle abitudini alimentari e nella nicchia trofica della popolazione residente nelle acque oceaniche antistanti la regione di KwaZulu-Natal, Sud Africa. In questo lavoro di tesi sono state condotte delle analisi dei contenuti di isotopi stabili di C e N, con la conseguente determinazione dei valori di δ13C e δ15N. I valori di questi rapporti isotopici sono utilizzati per ottenere informazioni sulle principali prede assimilate negli ultimi mesi di vita dell’animale e sulla posizione trofica dell’animale stesso. In questo studio, le vertebre di individui di squalo bianco prelevate da animali spiaggiati lungo le coste di KwaZulu-Natal tra il 1987 e il 2014, sono state divise in due gruppi temporali in base alla data di campionamento: G1 (organismi campionati tra il1987 e il 1996) e G2 (organismi campionati tra il 2005 e il 2014). La prima analisi condotta su queste vertebre è stata la stima dell’età attraverso un metodo di osservazione diretta delle bande di crescita. I risultati ottenuti sono stati successivamente comparati a quelli ottenuti da un metodo di calcolo inverso dell’età a partire dalle lunghezze alla forca dell’animale, presente per ogni singolo campione. La correlazione tra i valori di δ13C e le lunghezze degli animali non è risultata essere significativa, dimostrando che non vi è stato un cambio nell’uso dell’habitat con l’aumentare della taglia. Tuttavia, correlazioni significative sono state registrate per i valori di δ15N, confermando l’esistenza di uno shift ontogenetico nella dieta degli animali. Sono state riscontrate differenze nei valori di δ13C e δ15N di BM e GB dei due gruppi temporali, ma nessuna di esse è risultata significativa. La modellizzazione delle nicchie trofiche condotta tramite il pacchetto SIBER del software R ha evidenziato cambiamenti nella posizione delle nicchie sia considerando il BM che considerando il GB in entrambi i gruppi temporali. Grazie agli output ottenuti è stato possibile evidenziare uno shift ontogenetico nella dieta degli individui di taglia superiore a 250 cm appartenenti al gruppo G2 a sostegno della teoria secondo la quale un completo shift potrebbe avvenire intorno ai 300 cm, come dimostrato in pubblicazioni precedenti. Infine, le simulazioni condotte con il pacchetto simmr del software R utilizzando valori isotopici di prede ottenuti dalla letteratura, è stato dimostrato che le prede principali dello squalo bianco sono otarie, pesci pelagici e altri squali ma che il loro contributo proporzionale nella dieta dello squalo stesso sembra essere diminuito nei tempi più recenti a favore del contributo dato da prede come i clupeidi. Ciò potrebbe essere dovuto ad un effetto sinergico tra l’impatto della pesca, che ha impoverito la rete trofica diminuendo la disponibilità di prede e gli effetti dei cambiamenti climatici che hanno probabilmente spinto le otarie a spostarsi alla ricerca di habitat più adatti.
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