A Quantitative analysis of pulsed signals emitted by Wild Bottlenose Dolphins

Common bottlenose dolphins (Tursiops truncatus), produce a wide variety of vocal emissions for communication and echolocation, of which the pulsed repertoire has been the most difficult to categorize. Packets of high repetition, broadband pulses are still largely reported under a general designation of burst-pulses, and traditional attempts to classify these emissions rely mainly in their aural characteristics and in graphical aspects of spectrograms. Here, we present a quantitative analysis of pulsed signals emitted by wild bottlenose dolphins, in the Sado estuary, Portugal (2011-2014), and test the reliability of a traditional classification approach. Acoustic parameters (minimum frequency, maximum frequency, peak frequency, duration, repetition rate and inter-click-interval) were extracted from 930 pulsed signals, previously categorized using a traditional approach. Discriminant function analysis revealed a high reliability of the traditional classification approach (93.5% of pulsed signals were consistently assigned to their aurally based categories). According to the discriminant function analysis (Wilk's Λ = 0.11, F3, 2.41 = 282.75, P < 0.001), repetition rate is the feature that best enables the discrimination of different pulsed signals (structure coefficient = 0.98). Classification using hierarchical cluster analysis led to a similar categorization pattern: two main signal types with distinct magnitudes of repetition rate were clustered into five groups. The pulsed signals, here described, present significant differences in their time-frequency features, especially repetition rate (P < 0.001), inter-click-interval (P < 0.001) and duration (P < 0.001). We document the occurrence of a distinct signal type-short burst-pulses, and highlight the existence of a diverse repertoire of pulsed vocalizations emitted in graded sequences. The use of quantitative analysis of pulsed signals is essential to improve classifications and to better assess the contexts of emission, geographic variation and the functional significance of pulsed signals.Fundação para a Ciência e Tecnologia - FCTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersio

Multi-regional acoustic repertoires of bottlenose dolphins : commom themes, geographical variatons and ecological factors

Thesis presented in fulfilment for the degree of PhD in Behavioural Biology presented at ISPA - Instituto UniversitárioOs golfinhos-roazes (Tursiops truncatus) são conhecidos por produzirem uma multiplicidade de sons, tanto para comunicação como para ecolocalização. O seu repertório acústico inclui sinais tonais com modulação de frequência – assobios, emissões curtas, de banda-larga e alta-frequência, os cliques de ecolocalização, e “pacotes” de pulsos de bandalarga e elevada taxa de repetição – sons pulsados. Esta tese centra-se no repertório acústico alargado da espécie T. truncatus e disponibiliza descrições detalhadas dos temas comuns, tanto a uma escala local com a uma escala geográfica alargada. Através de um estudo comparativo multi-regional, as (dis)similaridades no repertório foram avaliadas e as variações acústicas foram documentadas para nove populações de golfinhos-roazes do oceano Atlântico e do mar Mediterrâneo. A ocorrência de vocalizações universais em populações geograficamente distantes, mas também a variabilidade intraespecífica observada em grupos simpátricos que apresentam diferentes características eco-etológicas, sublinha a importância de fatores ambientais na modelação das emissões acústicas destes golfinhos. Ao estudar a estabilidade a longo-termo de assobios estereotipados, e a produção abundante de assobios não estereotipados em contextos alimentares específicos, foi possível corroborar o papel dos assobios como sinais de identidade. De modo a contribuir para um melhor entendimento acerca dos diferentes tipos de sinais que são usualmente nomeados como “Sons pulsados”, uma combinação de representações gráficas – sonogramas e dados quantitativos são aqui apresentados. Esta abordagem revelou que “rangidos”, “chorincos” e “buzzes”, vulgarmente agrupados em estudos de repertórios acústicos, são sinais acústicos distintos com diferenças significativas ao nível das suas características temporais e de frequência. Sequências rítmicas são também uma componente importante do repertório acústico dos golfinhos. Neste estudo, os zurros gravados no estuário do Sado, em Portugal, foram utilizados como base para a caracterização estrutural dos diferentes elementos acústicos que compõem estas sequências repetitivas, e técnicas de teoria da informação foram aplicadas para analisar a ordem dos elementos e a complexidade das sequências. Características-chave dos zurros mostram que estas vocalizações são emitidas de modo não-aleatório, o que sugere a presença de conteúdo informativo relevante, uma nova perspectiva sobre estas emissões acústicas mal conhecidas. Finalmente, a influência do tráfego marítimo, especialmente o ruído gerado pelos navios, nos repertórios acústicos de golfinhos-roazes não deve ser subvalorizado, uma vez que as embarcações contribuem marcadamente para a paisagem acústica subaquática atual. Decréscimos significativos nas taxas de emissão e alterações temporárias nas características espectrais dos assobios, aqui documentadas, revelam a existência de respostas acústicas à proximidade de embarcações, e adaptações locais a um ambiente mais ruidoso. Uma descrição enquadrada dos diferentes elementos vocais que fazem parte do repertório acústico da espécie golfinho-roaz, bem como da influência de fatores ecológicos, nomeadamente o ruído produzido por embarcações, aqui apresentados, pretendem ser contributos substanciais para o conhecimento do sistema de comunicação acústica desta espécie que deveriam ser utilizados em esforços de conservação.Os golfinhos-roazes (Tursiops truncatus) são conhecidos por produzirem uma multiplicidade de sons, tanto para comunicação como para ecolocalização. O seu repertório acústico inclui sinais tonais com modulação de frequência – assobios, emissões curtas, de banda-larga e alta-frequência, os cliques de ecolocalização, e “pacotes” de pulsos de bandalarga e elevada taxa de repetição – sons pulsados. Esta tese centra-se no repertório acústico alargado da espécie T. truncatus e disponibiliza descrições detalhadas dos temas comuns, tanto a uma escala local com a uma escala geográfica alargada. Através de um estudo comparativo multi-regional, as (dis)similaridades no repertório foram avaliadas e as variações acústicas foram documentadas para nove populações de golfinhos-roazes do oceano Atlântico e do mar Mediterrâneo. A ocorrência de vocalizações universais em populações geograficamente distantes, mas também a variabilidade intraespecífica observada em grupos simpátricos que apresentam diferentes características eco-etológicas, sublinha a importância de fatores ambientais na modelação das emissões acústicas destes golfinhos. Ao estudar a estabilidade a longo-termo de assobios estereotipados, e a produção abundante de assobios não estereotipados em contextos alimentares específicos, foi possível corroborar o papel dos assobios como sinais de identidade. De modo a contribuir para um melhor entendimento acerca dos diferentes tipos de sinais que são usualmente nomeados como “Sons pulsados”, uma combinação de representações gráficas – sonogramas e dados quantitativos são aqui apresentados. Esta abordagem revelou que “rangidos”, “chorincos” e “buzzes”, vulgarmente agrupados em estudos de repertórios acústicos, são sinais acústicos distintos com diferenças significativas ao nível das suas características temporais e de frequência. Sequências rítmicas são também uma componente importante do repertório acústico dos golfinhos. Neste estudo, os zurros gravados no estuário do Sado, em Portugal, foram utilizados como base para a caracterização estrutural dos diferentes elementos acústicos que compõem estas sequências repetitivas, e técnicas de teoria da informação foram aplicadas para analisar a ordem dos elementos e a complexidade das sequências. Características-chave dos zurros mostram que estas vocalizações são emitidas de modo não-aleatório, o que sugere a presença de conteúdo informativo relevante, uma nova perspectiva sobre estas emissões acústicas mal conhecidas. Finalmente, a influência do tráfego marítimo, especialmente o ruído gerado pelos navios, nos repertórios acústicos de golfinhos-roazes não deve ser subvalorizado, uma vez que as embarcações contribuem marcadamente para a paisagem acústica subaquática atual. Decréscimos significativos nas taxas de emissão e alterações temporárias nas características espectrais dos assobios, aqui documentadas, revelam a existência de respostas acústicas à proximidade de embarcações, e adaptações locais a um ambiente mais ruidoso. Uma descrição enquadrada dos diferentes elementos vocais que fazem parte do repertório acústico da espécie golfinho-roaz, bem como da influência de fatores ecológicos, nomeadamente o ruído produzido por embarcações, aqui apresentados, pretendem ser contributos substanciais para o conhecimento do sistema de comunicação acústica desta espécie que deveriam ser utilizados em esforços de conservação.Fundação para a Ciência e Tecnologia - FC

Temporal patterns in acoustic presence and foraging activity of oceanic dolphins at seamounts in the Azores

© The Author(s), 2020. This article is distributed under the terms of the Creative Commons Attribution License. The definitive version was published in Cascao, I., Lammers, M. O., Prieto, R., Santos, R. S., & Silva, M. A. Temporal patterns in acoustic presence and foraging activity of oceanic dolphins at seamounts in the Azores. Scientific Reports, 10(1), (2020): 3610, doi:10.1038/s41598-020-60441-4.Several seamounts have been identified as hotspots of marine life in the Azores, acting as feeding stations for top predators, including cetaceans. Passive acoustic monitoring is an efficient tool to study temporal variations in the occurrence and behaviour of vocalizing cetacean species. We deployed bottom-moored Ecological Acoustic Recorders (EARs) to investigate the temporal patterns in acoustic presence and foraging activity of oceanic dolphins at two seamounts (Condor and Gigante) in the Azores. Data were collected in March–May 2008 and April 2010–February 2011. Dolphins were present year round and nearly every day at both seamounts. Foraging signals (buzzes and bray calls) were recorded in >87% of the days dolphin were present. There was a strong diel pattern in dolphin acoustic occurrence and behaviour, with higher detections of foraging and echolocation vocalizations during the night and of social signals during daylight hours. Acoustic data demonstrate that small dolphins consistently use Condor and Gigante seamounts to forage at night. These results suggest that these seamounts likely are important feeding areas for dolphins. This study contributes to a better understanding of the feeding ecology of oceanic dolphins and provides new insights into the role of seamount habitats for top predators.This research was supported by the Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT), Azores 2020 Operational Programme and the Fundo Regional da Ciência e Tecnologia (FRCT), through research projects TRACE (PTDC/MAR/74071/2006), MAPCET (M2.1.2/F/012/2011), FCT-Exploratory (IF/00943/2013/CP1199/CT0001), WATCH IT (Acores-01-0145-FEDER-000057) and MISTIC SEAS II (GA11.0661/2017/750679/SUB/ENV.C2), co-funded by FEDER, COMPETE, QREN, POPH, European Social Fund (ESF), the Portuguese Ministry for Science and Education, and EU-DG/ENV. The Azores 2020 Operational Programme is funded by the community structural funds ERDF and ESF. Funds were also provided by FCT to MARE, through the strategic project UID/MAR/04292/2013. MAS was supported through a FCT Investigator contract funded by POPH, QREN, ESF and the Portuguese Ministry for Science and Education (IF/00943/2013). IC was supported by a FCT doctoral grant (SFRH/BD/41192/2007) and RP by a FCT postdoctoral grant (SFRH/BPD/108007/2015). We thank the field and crew teams for assisting with the many deployments and recoveries of the EARs. Special thanks to Norberto Serpa for helping with mooring design, Ken Sexton and Michael Richlen for their roles in manufacturing the EARs, Sergio Gomes for building the battery packs, and Lisa Munger for adapting Triton for EAR data analysis

Underwater vocalization of bottlenose dolphins in the region of the Sado estuary: acoustic features and occurence patterns

Tese de mestrado em Ecologia Marinha, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2017Os golfinhos-roazes, Tursiops truncatus (Montagu 1821), são mamíferos aquáticos, pertencentes à ordem Cetartiodactyla, infraordem Cetacea, parvordem Odontoceti e à família Delphinidae. Esta espécie apresenta uma ampla distribuição, habitando desde águas tropicais até às águas temperadas, e algumas populações podem ser residentes, habitando baias, lagoas ou estuários, como o do Sado. A troca de informação é um processo vital na vida animal, e pensa-se que a complexidade das sociedades está relacionada com a complexidade de comunicação entre os seus elementos. Os golfinhos Roazes apresentam uma elevada capacidade cognitiva e são acusticamente especializados, vivem em sociedade de fissão – fusão, formando complexas alianças cuja composição varia ao logo do tempo, dependendo do contexto social. O vasto repertório vocal de Tursiops truncatus pode ser dividido em três categorias de sinais: sons não-pulsados (tonais), cliques de ecolocalização e outros sons pulsados. Os cliques de ecolocalização pertencem à categoria de sons pulsados, são altamente direcionais e são usados como sonar para orientação e deteção de alvos. O animal emite trens de cliques e obtém informação do ambiente envolvente através dos ecos recebidos, apresentam uma taxa de repetição abaixo de 40 pulsos por segundo. A categoria de outros sons pulsados é separada dos cliques de ecolocalização por apresentarem uma taxa de repetição muito alta (acima dos 300 pulsos por segundo) e tem um intervalo entre cliques muito curto (menos de 3 ms), que poderá interferir com a função de sonar. O papel funcional destes sinais ainda não é claro, certos estudos, como Herzing (1996) associaram alguns sons pulsados com comportamentos agonísticos ou de cortejo. No extenso repertório vocal dos golfinhos-roazes existe um grupo de sons pulsados que são combinados em distintas unidades vocais, para produzir sequências rítmicas, chamadas de zurros. Os zurros foram descritos pela primeira vez por dos Santos et al. (1990) no estuário do Sado, Portugal, e desde então tem sido descritos e estudados em diversas populações de Tursiops truncatus. Os padrões temporais e estruturais dos zurros ainda se encontram pouco claros. Estes sinais de multiunidades poderão representar um papel específico no repertório vocal, que poderá diferir consoante os componentes dos zurros, podem ser compostos por grunhidos, goles e guinchos. Esta vocalização poderá estar associada a comportamentos de socialização, ou a comportamentos de alimentação. Para o presente trabalho foi analisado um total de 205 gravações recolhidas na região do estuário do Sado, de março de 2014 a abril de 2017. O contexto comportamental foi avaliado tendo em conta os padrões de atividade observados à superfície durante as gravações, tendo sido definidos cinco categorias: alimentação (movimentos rápidos à superfície e em várias direções, estando os animais próximos uns dos outros), busca de presa (movimentos erráticos dos animais à superfície, geralmente acompanhados de curtos mergulhos), socialização (estabelecimento de contacto físico à superfície, com curtos períodos de submersão), deslocação (o grupo de golfinhos movimenta-se numa determinada direção, com mergulhos sincronizados) e repouso (animais muito próximos entre si, em movimentação lenta e direção constante ou praticamente imóveis à superfície). O comportamento de repouso não foi observado durante os períodos de amostragem. Os sons captados durante as gravações foram analisados em laboratório e atribuídos a categorias pré-estabelecidas, de acordo com as suas caraterísticas: Assobios – som tonal modulado e de banda curta; Cliques de ecolocalização - Sinais pulsados direcionais, de banda larga e muito curta duração; Rangido – som de banda larga com alta repetição (> 40 estalidos por segundo), semelhante ao ranger de uma porta; Chorinco – alta taxa de repetição (maior do que o rangido) e a frequência dominante variável ao longo da emissão, aspeto aural oscilante, assemelha-se a um choro de bebé; Trem de Taxa Variável (TTV) – pode conter cliques discerníveis, rangidos e chorincos, emitidos seguidos e ordem variável, consoante a taxa de emissão dos cliques aumenta ou diminui; Buzz (S-BP) – trem com alta taxa de repetição e curta duração (inferior 0,05 s), semelhante ao de uma abelha; Bang – som pulsado isolado de elevada energia; Grunhido – trem de sons pulsados intensos, com sonoridade estridente e áspera que se parece ao grunhir dos porcos; Gole – som pulsado curto e de baixa frequência, sonoridade de um gole ou soluço; Guincho – curto som pulsado que apresenta uma estrutura harmónica, semelhante a um grito ou ganido agudo. Através deste estudo verificou-se que os sons mais comuns no repertório dos golfinhos-roazes da população residente do estuário do Sado são os assobios e os trens de cliques, uma vez que, desempenham as funções de comunicação e bio-sonar, respetivamente, e podem ser emitidos em simultâneo, possivelmente transmitindo informação a conespecíficos sobre presença em atividades de alimentação. Estabeleceu-se, também, que os elementos vocais que constituem os zurros são sons comuns no repertório vocal e são mais emitidos em sequência, do que emitidos isoladamente. Cada sequência de zurro foi definida usando um critério de 0,6 segundos de intervalo silencioso entre elementos vocais, permitindo separar o fim da primeira sequência e o início da segunda, o que permitiu uma análise quantitativa das emissões de zurros. Tendo em conta as variáveis: local (dentro ou fora do estuário); profundidade; tamanho do grupo; presença ou ausência de embarcações; estado da maré (enchente ou vazante); e atividade dominante usou-se um Modelo Linear Generalizado, com uma distribuição Binomial Negativa para perceber que fatores influenciam a taxa de emissão de zurros, usando 179 gravações, onde os elementos vocais que constituem as sequências de zurros apresentam uma relação de qualidade – ruído média e boa. Só o padrão de atividade demonstrou diferenças significativas (valores p <0,01), sendo que as atividades de alimentação (̂ = 2,13±0,69), busca de presa (̂ = 1,63±0,51) e socialização (̂ = 2,06±0,81), apresentam taxas de emissão de zurros significativamente maiores que a atividade de deslocação. Como as sequências de zurros apresentam diversidade de estrutura e composição, as diferentes combinações poderão indicar que este tipo de vocalização é emitida em múltiplos contextos. O contexto social e ecológico onde se verificou maiores taxas de emissão (alimentação, busca de presa e socialização) são complexos, dinâmicos e apresentam diversos estados motivacionais, enquanto, que a atividade de deslocação envolve pouca interação entre indivíduos. Os fatores local, profundidade, tamanho do grupo, presença de embarcações e estado da maré não revelaram diferenças significativas na taxa de emissão de zurros (valores p> 0,05). Este estudo conclui que, os zurros são emitidos com mais frequência em padrões de atividades que envolvem mais interação entre os indivíduos e estados motivacionais mais excitados, como a alimentação, a busca de presa e a socialização. Os fatores ambientais não relevaram influências significativas na taxa de emissão destas vocalizações. Embora o estatuto de conservação da espécie Tursiops truncatus seja “pouco preocupante”, as populações de golfinhos, como a do estuário do Sado, estão bastante expostas às atividades antropogénicas, como o tráfego de embarcações, poluição e perseguição por parte de embarcações de recreio, entre outras. Estes problemas associados a baixas taxas de reprodução, de recrutamento e continuo envelhecimento da população, apresentam importantes ameaças à sobrevivência destas populações. Ao estudar as emissões acústicas dos golfinhos no seu meio natural, podemos compreender o papel funcional destas vocalizações e a associação com os contextos comportamentais, e assim, perceber e avaliar os impactos antropogénicos na população, para tomar medidas de preservação adequadas.Common bottlenose dolphins, Tursiops truncatus, are social marine mammals with complex fission – fusion societies. The acoustic signals propagate efficiently in water, being an ideal form of communication in low visibility waters such as in estuarine habitat. Underwater acustic signals have an important role not only for communication, but also for navigation and prey detection. The Sado estuary bottlenose dolphins have a wide vocal repertoire that can be divided in three major categories of signals: unpulsed sounds (tonal), such as whistles; echolocation clicks; and burst-pulsed signals, such as creaks, squawks or bangs. This work focus in the brays series, a pulsed vocalization type that combine gulps, grunts and squeaks in bouts. Bray series have been reported in several, but not in all populations of bottlenose dolphins, however their functional role has yet to be fully understood. This work presents a quantitative analysis of the emission of this signal. This study was conducted in the Sado estuary region focusing on the resident bottlenose dolphin population. To understand which factors influence this conspicuous vocalization, a set of ecological and behavioural variables were analysed, such as group size, depth, location, pattern of activity, presence of vessels and tidal phase. A Generalized Linear Model with a Binomial Negative Regression Model was used to test the influence of the variables selected. The results show that group size, depth, location, vessels and tide had no effect on the emission rate of bray series. Only the activity pattern affected the number of bray sequences. Foraging (̂ = 1.63±0.51), feeding (̂ = 2.13±0.69) and socialization (̂ = 2.06±0.81) showed significant higher counts than travelling, supporting notion of social (agonistic or affiliative) function for this signalling emissions

Characteristics of Hearing and Echolocation in Under-Studied Odontocete Species.

Ph.D. Thesis. University of Hawaiʻi at Mānoa 2017

Best practices in management, assessment and control of underwater noise pollution

The origin of this work can be found in the project ‘Effects and Control of Anthropogenic Noise in Marine Ecosystems’ in the part relative to legal initiatives. In the first phase of the Report on this Project (December 2008) it was concluded that the level of complexity of marine issues, united by the fact that wide scientific gaps and difficulties still need to be covered and resolved, counseled against the immediate drawing up of legal projects concerning underwater acoustic pollution. Nevertheless, it was suggested that a document of ‘Best Practices’ be elaborated to focus on the ‘state of the art’ of this issue, and that it be used by public administrations and promoters of projects that will cause acoustic pollution, as much within the framework of environmental impact assessments as in management development plans in protected marine areas. It is of vital importance that activities, which generate acoustic pollution in the oceans, be monitored. Accordingly, this document could derive, in the short term, a Protocol of Applications which will in its own time open the way for the preparation of, if necessary, legislative initiatives within their own right.Preprin

Male sperm whale acoustic behavior observed from multipaths at a single hydrophone

Sperm whales generate transient sounds (clicks) when foraging. These clicks have been described as echolocation sounds, a result of having measured the source level and the directionality of these signals and having extrapolated results from biosonar tests made on some small odontocetes. The authors propose a passive acoustic technique requiring only one hydrophone to investigate the acoustic behavior of free-ranging sperm whales. They estimate whale pitch angles from the multipath distribution of click energy. They emphasize the close bond between the sperm whale’s physical and acoustic activity, leading to the hypothesis that sperm whales might, like some small odontocetes, control click level and rhythm. An echolocation model estimating the range of the sperm whale’s targets from the interclick interval is computed and tested during different stages of the whale’s dive. Such a hypothesis on the echolocation process would indicate that sperm whales echolocate their prey layer when initiating their dives and follow a methodic technique when foraging

Ultrastructural analysis of odontocete cochlea

The morphological study of the Odontocete organ of Corti including possible pathological features resulting from sound over-exposure, represent a key conservation issue to assess the effects of acoustic pollution on marine ecosystems. Through the collaboration with stranding networks belonging to 26 countries, 150 ears from 13 species of Odontocetes were processed. In this dissertation, we present a standard protocol to 1) compare the ultrastructure of the cochlea in several Odontocete species and 2) investigate possible damage as a consequence of sound exposure, using scanning (SEM) and transmission (TEM) electron microscopy, and immunohistochemistry. In a preliminary study, computerized tomography scans were performed before decalcification with ears of 15 odontocete species, proposing a set of standard measurements which classified very well the species. In addition, the constant ratio between measurements of inner and middle ear structures contributed to confirm the active role of the odontocete middle ear in sound reception mechanism. We established a decalcification protocol using the fast commercial decalcifier RDO® and EDTA (Ethylendiaminetetraacetic acid). Although further experiments should be conducted to assess the suitability of using one or the other method (because the number of samples treated with EDTA was comparatively small), RDO® at specific dilutions decreased the decalcification time of cetacean ear bones with control of the decalcification endpoint, helping a faster access to inner structures. The complementary use of electron microscopy and immunofluorescence allowed the description in odontocetes of new morphological features of tectorial membrane, spiral limbus, spiral ligament, stria vascularis, hair cells and their innervation. Furthermore, this study revealed qualitative and quantitative morphological characteristics of the organ of Corti in high-frequency hearing species, including 1) an outer hair cell (OHC) small length, 2) a thick cuticular plate in OHC, and a thick reticular lamina, 3) robust cup formation of the Deiters cell body, 4) the high development of cytoskeleton in Deiters and pillar cells and 5) the basilar membrane high stiffness. Interestingly, all these features, including a common molecular design of prestin, are also shared by echolocating bats, suggesting a convergent evolution in echolocating species. The presence of scars among hair cell rows, the pattern of stereocilia imprints in the tectorial membrane and the condition of fibrocytes II and IV were criteria suitable to determine or discard possible acoustic trauma, despite the numerous artefacts that rapidly develop as a consequence of tissue autolysis. Consequently, matching the preliminary approximation of the cochlear frequency map with the damaged region would bring information on the sound source that would have triggered a possible lesion.Postprint (published version

Marine Vertebrates and Low Frequency Sound: Technical Report for LFA EIS

Over the past 50 years, economic and technological developments have dramatically increased the human contribution to ambient noise in the ocean. The dominant frequencies of most human-made noise in the ocean is in the low-frequency range (defined as sound energy below 1000Hz), and low-frequency sound (LFS) may travel great distances in the ocean due to the unique propagation characteristics of the deep ocean (Munk et al. 1989). For example, in the Northern Hemisphere oceans low-frequency ambient noise levels have increased by as much as 10 dB during the period from 1950 to 1975 (Urick 1986; review by NRC 1994). Shipping is the overwhelmingly dominant source of low-frequency manmade noise in the ocean, but other sources of manmade LFS including sounds from oil and gas industrial development and production activities (seismic exploration, construction work, drilling, production platforms), and scientific research (e.g., acoustic tomography and thermography, underwater communication). The SURTASS LFA system is an additional source of human-produced LFS in the ocean, contributing sound energy in the 100-500 Hz band. When considering a document that addresses the potential effects of a low-frequency sound source on the marine environment, it is important to focus upon those species that are the most likely to be affected. Important criteria are: 1) the physics of sound as it relates to biological organisms; 2) the nature of the exposure (i.e. duration, frequency, and intensity); and 3) the geographic region in which the sound source will be operated (which, when considered with the distribution of the organisms will determine which species will be exposed). The goal in this section of the LFA/EIS is to examine the status, distribution, abundance, reproduction, foraging behavior, vocal behavior, and known impacts of human activity of those species may be impacted by LFA operations. To focus our efforts, we have examined species that may be physically affected and are found in the region where the LFA source will be operated. The large-scale geographic location of species in relation to the sound source can be determined from the distribution of each species. However, the physical ability for the organism to be impacted depends upon the nature of the sound source (i.e. explosive, impulsive, or non-impulsive); and the acoustic properties of the medium (i.e. seawater) and the organism. Non-impulsive sound is comprised of the movement of particles in a medium. Motion is imparted by a vibrating object (diaphragm of a speaker, vocal chords, etc.). Due to the proximity of the particles in the medium, this motion is transmitted from particle to particle in waves away from the sound source. Because the particle motion is along the same axis as the propagating wave, the waves are longitudinal. Particles move away from then back towards the vibrating source, creating areas of compression (high pressure) and areas of rarefaction (low pressure). As the motion is transferred from one particle to the next, the sound propagates away from the sound source. Wavelength is the distance from one pressure peak to the next. Frequency is the number of waves passing per unit time (Hz). Sound velocity (not to be confused with particle velocity) is the impedance is loosely equivalent to the resistance of a medium to the passage of sound waves (technically it is the ratio of acoustic pressure to particle velocity). A high impedance means that acoustic particle velocity is small for a given pressure (low impedance the opposite). When a sound strikes a boundary between media of different impedances, both reflection and refraction, and a transfer of energy can occur. The intensity of the reflection is a function of the intensity of the sound wave and the impedances of the two media. Two key factors in determining the potential for damage due to a sound source are the intensity of the sound wave and the impedance difference between the two media (impedance mis-match). The bodies of the vast majority of organisms in the ocean (particularly phytoplankton and zooplankton) have similar sound impedence values to that of seawater. As a result, the potential for sound damage is low; organisms are effectively transparent to the sound – it passes through them without transferring damage-causing energy. Due to the considerations above, we have undertaken a detailed analysis of species which met the following criteria: 1) Is the species capable of being physically affected by LFS? Are acoustic impedence mis-matches large enough to enable LFS to have a physical affect or allow the species to sense LFS? 2) Does the proposed SURTASS LFA geographical sphere of acoustic influence overlap the distribution of the species? Species that did not meet the above criteria were excluded from consideration. For example, phytoplankton and zooplankton species lack acoustic impedance mis-matches at low frequencies to expect them to be physically affected SURTASS LFA. Vertebrates are the organisms that fit these criteria and we have accordingly focused our analysis of the affected environment on these vertebrate groups in the world’s oceans: fishes, reptiles, seabirds, pinnipeds, cetaceans, pinnipeds, mustelids, sirenians (Table 1)