Assessment of the ecophysiological conditions and trophic ecology of two cetacean species (Tursiops truncatus and Globicephala macrorhynchus) in Madeira Archipelago, using RNA/DNA ratios and Carbon/Nitrogen stable isotopes

Abstract

Madeira is home of up to 22 cetacean species, which makes this place an important spot for conservation measures. There is a need to assess the nutritional state of marine mammals in the region, to prevent or monitor detrimental effects from natural and anthropogenic stressors. This study investigates the nutritional state of bottlenose dolphins and short-finned pilot whales in Madeira, via the usage of RNA/DNA ratios and provides an insight into their trophic ecology and habitat residency thanks to carbon and nitrogen stable isotopes analysis. In 2017-2018, RNA/DNA ratios and stable isotopes were determined from skin samples, and stable isotopes were compared with those in samples of their potential preys. SIMMs (Stable Isotope Mixing Models) determined the contribution of each prey species in the diet of the two cetacean species. RNA/DNA ratios of both species indicated that cetaceans were in good nutritional states and that ratios were different across taxa. Ratios were not significantly different across seasons and residency patterns. The δ13C values supported preferences for offshore waters for short-finned pilot whales and inshore waters for bottlenose dolphins and underlined spatial segregation between the two species. The δ15N values informed that pilot whales (mean=12.7‰, SD=0.5) and bottlenose dolphins (mean=10.9‰; SD=0.7) occupied high trophic levels. SIMMs did not support that pilot whales adopted a theuthophagus preferential diet, but rather consumed large amounts of mackerels and tuna species. Moreover, there were no significant differences in their diets across seasons but there were differences between residency patterns. SIMMs predicted that bottlenose dolphins fed on demersal and pelagic fishes and it existed intra-season variabilities in isotopic values. The study provides a better understanding of the two species ecology and highlights their organisation in space in Madeira. It suggests that RNA/DNA ratios, could be good proxies for the determination of nutritional states in cetaceans and help for successful conservation.

O arquipélago da Madeira possui seis reservas marinhas, que contribuem para a extensa rede de áreas marinhas protegidas na região da Macaronésia. Embora a zona marinha da ilha tenha ambiente oligotrófico, com limitação de nutrientes, alberga numerosas espécies de cetáceos. No entanto, não foi ainda estudado o estado nutricional dos mamíferos marinhos, nem avaliada a ecologia trófica durante a sua residência no arquipélago, o que é determinante para prevenir ou monitorizar efeitos prejudiciais (imediatos ou a longo prazo) das perturbações antrópicas ou naturais (alterações globais) A contribuição das diferentes espécies de presas na dieta da baleia-piloto-tropical e do golfinho-roaz ao longo do ano necessita também de ser descrita na Madeira. Além disso, as análises isotópicas nunca foram associadas a um indicador de estado nutricional e de saúde, como a razão RNA/DNA. Este estudo investiga a ecologia trófica de duas espécies de delfinídeos, em função das estações do ano e padrões de residência (transitórios, residentes, visitantes) no arquipélago da Madeira, utilizando isótopos estáveis de carbono e azoto, e esclarece o seu estado nutricional através da razão RNA/DNA. Em 2017 e 2018, realizaram-se biópsias de baleia-piloto-tropical e de golfinho-roaz na Madeira. A razão RNA/DNA e isótopos estáveis foram determinadas a partir de amostras de pele e os resultados dos isótopos estáveis foram comparados com os de amostras de suas potenciais presas na região da Madeira. Os valores dos isótopos estáveis permitiram a execução de múltiplos modelos de mistura de isótopos bayesianos, a fim de determinar a contribuição de cada espécie de presa na dieta dos dois mamíferos marinhos. A razão de RNA/DNA de ambas as espécies indicou que, em geral, estavam em bom estado nutricional, e a alimentar-se de presas na zona, apesar de existir diferenças nos valores entre os táxons. As proporções não foram significativamente diferentes em entre as estações e os padrões de residência. Embora, os visitantes tendessem a ter uma proporção maior do que outros padrões, o que poderia ser devido a uma capacidade de predação de animais mais diversificados e maiores, pois também registravam os maiores valores de δ15N ou uma variação intraespecífica entre diferentes populações da mesma espécie. Grandes variações intraespecíficas foram observadas no golfinho-roaz, pelo que novos estudos devem investigar os fatores de variações desta relação. Os valores dos isótopos estáveis de carbono confirmaram que a baleia-piloto-tropical depende de águas profundas, enquanto o golfinho-roaz depende de águas costeiras. Os valores de isótopos estáveis de nitrogénio implicaram que a baleia-piloto-tropical (média 12,7 ‰) e o golfinho-roaz (média de 10,9 ‰) ocupam altos níveis tróficos e que a baleia-piloto ocupa uma posição trófica superior. No entanto, os resultados do modelo misto bayesiano não suportaram a hipótese de que as baleias-piloto adotaram uma dieta de teutófagos no arquipélago, como descrito noutros estudos, mas parecem consumir grandes quantidades de cavala e de atuns. A menor área de nicho dietético para as baleias-piloto sugeriu que tinham mais especialização ou tinham menor variação inter-individual do que os roazess. De facto, os roazes apresentaram pequenas variações na sua dieta ao longo das estações, o que poderia ter explicado a área de nicho mais ampla. As baleias-piloto não tiveram diferenças significativas na contribuição de suas presas ao longo das estações, mas assumiram que endossavam diferentes hábitos alimentares em função de sua residência na ilha. Os transientes e visitantes tendiam a se alimentar de uma grande variedade de espécies de presas, enquanto os residentes podiam ser considerados mais especializados com uma dieta focada em espécies intermediárias de nível trófico. O modelo misto bayesiano previu que os roazes se alimentavam de peixes pelágicos, como cavalas e sardinhas, e dependiam de uma proporção relativamente alta de lulas. Foi registada variabilidade intra-estações nos valores isotópicos para os roazes, provavelmente explicados por variações na disponibilidade de presas, o que levou a uma menor competição entre as duas espécies. A dinâmica das presas deve ser investigada na Madeira para determinar os factores de variação dos isótopos estáveis na baleias-piloto-tropical e no golfinho-roaz. Este estudo permite uma melhor compreensão da ecologia destas duas espécies na região da Madeira, e sugere que a razão RNA/DNA um indicador de condição fisiológica, e a análise isotópica em conjunto poderão ser no futuro uma ferramenta a aplicar na determinação do estado ecofisiológico e ecologia alimentar de mamíferos marinhos, contribuindo assim para uma adequada conservação destes grandes vertebrados.