MesopTroph, a database of trophic parameters to study interactions in mesopelagic food webs

Mesopelagic organisms play a crucial role in marine food webs, channelling energy across the predator-prey network and connecting depth strata through their diel vertical migrations. The information available to assess mesopelagic feeding interactions and energy transfer has increased substantially in recent years, owing to the growing interest and research activity in the mesopelagic realm. However, such data have not been systematically collated and are difficult to access, hampering estimation of the contribution of mesopelagic organisms to marine ecosystems. Here we present MesopTroph, a georeferenced database of diet, trophic markers, and energy content of mesopelagic and other marine taxa compiled from 203 published and non-published sources. MesopTroph currently includes data on stomach contents, carbon and nitrogen stable isotopes, major and trace elements, energy density, fatty acids, trophic positions, and diet proportion estimates for 498 species/genera. MesopTroph will be expanded with new data emerging from ongoing studies. MesopTroph provides a unique tool to investigate trophic interactions and energy flow mediated by mesopelagic organisms, and to evaluate the ecosystem services of this community

Inter-species differences in polychlorinated biphenyls patterns from five sympatric species of odontocetes : Can PCBs be used as tracers of feeding ecology?

The authors gratefully acknowledge the assistance of volunteers from the Galician (CEMMA) and Portuguese (SPVS) stranding networks. The authors would like to thank R. Gallois and C. Trichet for their participation on total lipid content analysis. P. Méndez-Fernandez was supported during the research period through a PhD grant from the Fundação do Ministério de Ciência e Tecnologia de Portugal and ANIMATE project (SFRH/BD/36766/2007) and through a Science Without Borders (CSF) young talent postdoctoral grant of the Brazilian government. G. J. Pierce acknowledges support from the EU ANIMATE project (MEXC-CT-2006-042337), University of Aveiro and Caixa Geral de Depósitos (Portugal).Peer reviewedPostprin

A global perspective on the trophic geography of sharks

Sharks are a diverse group of mobile predators that forage across varied spatial scales and have the potential to influence food web dynamics. The ecological consequences of recent declines in shark biomass may extend across broader geographic ranges if shark taxa display common behavioural traits. By tracking the original site of photosynthetic fixation of carbon atoms that were ultimately assimilated into muscle tissues of 5,394 sharks from 114 species, we identify globally consistent biogeographic traits in trophic interactions between sharks found in different habitats. We show that populations of shelf-dwelling sharks derive a substantial proportion of their carbon from regional pelagic sources, but contain individuals that forage within additional isotopically diverse local food webs, such as those supported by terrestrial plant sources, benthic production and macrophytes. In contrast, oceanic sharks seem to use carbon derived from between 30° and 50° of latitude. Global-scale compilations of stable isotope data combined with biogeochemical modelling generate hypotheses regarding animal behaviours that can be tested with other methodological approaches.This research was conducted as part of C.S.B.’s Ph.D dissertation, which was funded by the University of Southampton and NERC (NE/L50161X/1), and through a NERC Grant-in-Kind from the Life Sciences Mass Spectrometry Facility (LSMSF; EK267-03/16). We thank A. Bates, D. Sims, F. Neat, R. McGill and J. Newton for their analytical contributions and comments on the manuscripts.Peer reviewe

Structure et fonctionnement des réseaux trophiques par l'utilisation de traceurs écologiques (isotopes stables, métaux) en environnement marin ouvert : le cas du Golfe de Gascogne

The study of organisms' trophic ecology and those of food webs' structure and functioning are not easy in marine environments, while it is an essential characteristic of ecosystems' organisation. Thus, the use of indirect methods such as « ecological tracers » has dramatically increased recently. These methods consist in measuring (bio)chemical parameters in biological tissues of organisms. Based on the assumption « you are what you eat », ecological tracers constitute reliable indicators of the trophic position and/or of the feeding zone of organisms. First, the importance of some biological and environmental factors of variations on isotopic signatures and metal concentrations (mercury Hg and cadmium Cd) was examined in the Bay of Biscay. Indeed, in such an open marine ecosystem supporting a high biological diversity and undergoing various oceanic and terrigenous influences, we hypothesized that sources of variations are numerous. This work highlighted that different biological and environmental factors of variations have to be taken into account to use these ecological tracers in this type of ecosystem. For instance, we evidenced a change in the baseline along the inshore-offshore gradient that can considerably bias calculations of trophic positions from stable isotopes values, if it is not considered. Secondly, the isotopic tool in particular has been applied to study the trophic ecology of some commercially important species, such as sardine, anchovy and sea bass. Isotopic signatures revealed a relative specialisation of sardine on some mesozooplanktonic prey. On the contrary, anchovy showed a relative trophic plasticity on this type of prey, and a greater flexibility in terms of feeding zones. As for sea bass, the combination of isotopic data (giving an information on diet on the long term) and stomach contents data (giving an information on diet on the short term) highlighted the selectivity of adult individuals on small pelagic fish of high energy content, when foraging in offshore waters. Finally, ecological tracers were used to refine the understanding of food webs' structure and functioning in the Bay of Biscay, as well as Hg behaviour in these food webs. More than 140 species from the different food webs of this ecosystem have been analysed for their isotopic signature, and 120 species for muscle Hg concentrations. Isotopic data in particular revealed that in this ecosystem: 1) marine mammals are a structuring component of food webs; 2) food chains are relatively short; 3) food chains and trophic relationships are strongly "food web like" organised; 3) the degree of omnivory is intermediate in this ecosystem, with a slight trend to increase with increasing trophic position. This work also highlighted an enhanced bioaccumulation of Hg in the muscle of deep-sea fauna from the Bay of Biscay. In the context of the need for tools to monitor the environmental status of marine ecosystems, and of species that structure food webs, this work finally demonstrated the great interest of using ecological tracers for both fundamental and applied marine ecological research.L'étude de l'écologie alimentaire des organismes ainsi que l'étude de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques, principale caractéristique de l'organisation des écosystèmes, ne sont pas aisées en environnement marin. Des méthodes indirectes d'étude ont donc été développées récemment, telles que l'utilisation de « traceurs écologiques » qui sont des paramètres (bio)chimiques mesurés dans les tissus biologiques des organismes. Sur la base du postulat « je suis ce que je mange », les traceurs écologiques constituent des indicateurs relativement fiables du niveau trophique des organismes et/ou de leur zone d'alimentation. Dans un premier temps, l'importance de certains facteurs de variations biologiques et environnementaux des traceurs isotopiques et métalliques (mercure Hg et cadmium Cd) a été étudiée dans le Golfe de Gascogne. Dans un tel environnement marin ouvert, supportant une grande diversité biologique et subissant diverses influences, notre hypothèse de travail était effectivement que les sources de variations sont nombreuses. Cette thèse a ainsi mis en évidence qu’il était nécessaire d’intégrer différents facteurs de variations pour utiliser ces traceurs écologiques dans ce type d'écosystème, tels que le changement de la ligne de base sur un gradient côte-large pour un calcul pertinent des positions trophiques. Dans un second temps, ces outils ont été directement appliqués pour l'étude de l'écologie alimentaire de quelques espèces d'intérêt commercial, telles que la sardine, l'anchois et le bar. Ils ont ainsi révélé une relative spécialisation de la sardine sur certaines proies mésozooplanctoniques, alors que l'anchois montre d’une part une plasticité trophique plus importante sur ce compartiment planctonique, et d’autre part une plus grande flexibilité en termes de zones d'alimentation. Dans le car du bar, dont l'écologie alimentaire était jusqu'à présent très peu connue en dehors des zones côtières, le couplage des données isotopiques (révélant des informations sur le régime alimentaire sur le moyen à long terme) avec des données de contenus stomacaux (révélant des informations sur le court terme) a permis de mettre en évidence la sélectivité des individus de bars adultes sur les petits poissons pélagiques à forte valeur énergétique, lorsque ce prédateur fréquente les eaux du large. Enfin, ces traceurs écologiques ont été utilisés pour affiner la compréhension de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques dans le Golfe de Gascogne, et le comportement de certains contaminants tels que le Hg dans ces réseaux. Plus de 140 espèces provenant des différents réseaux trophiques de cet écosystème ont ainsi été analysées en isotopie, et 120 espèces pour leurs concentrations de Hg dans le muscle. Les traceurs isotopiques en particulier ont révélé que dans cet écosystème : 1) les mammifères marins sont un compartiment structurant des réseaux trophiques ; 2) les chaînes alimentaires sont relativement courtes ; 3) les chaînes alimentaires et les relations trophiques sont fortement organisées en "réseau" ; 4) le degré d'omnivorie est plutôt moyen dans l'écosystème, avec une tendance à l'augmentation chez les niveaux trophiques supérieurs. Ce travail de thèse a également mis en évidence une contamination en Hg plus importante dans le muscle des espèces provenant des habitats profonds du Golfe de Gascogne. Dans un contexte de besoin d'outils de suivi de l'état écologique des écosystèmes marins, et des espèces composant les réseaux trophiques en présence, cette thèse a finalement démontré tout l'intérêt d'utiliser les traceurs écologiques tant à des fins de recherches fondamentales qu'à des fins appliquées en écologie marine

Structure and functioning of food webs using ecological tracers in open marine ecosystems : the bay of Biscay case study

L'étude de l'écologie alimentaire des organismes ainsi que l'étude de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques, principale caractéristique de l'organisation des écosystèmes, ne sont pas aisées en environnement marin. Des méthodes indirectes d'étude ont donc été développées récemment, telles que l'utilisation de « traceurs écologiques » qui sont des paramètres (bio)chimiques mesurés dans les tissus biologiques des organismes. Sur la base du postulat « je suis ce que je mange », les traceurs écologiques constituent des indicateurs relativement fiables du niveau trophique des organismes et/ou de leur zone d'alimentation. Dans un premier temps, l'importance de certains facteurs de variations biologiques et environnementaux des traceurs isotopiques et métalliques (mercure Hg et cadmium Cd) a été étudiée dans le Golfe de Gascogne. Dans un tel environnement marin ouvert, supportant une grande diversité biologique et subissant diverses influences, notre hypothèse de travail était effectivement que les sources de variations sont nombreuses. Cette thèse a ainsi mis en évidence qu’il était nécessaire d’intégrer différents facteurs de variations pour utiliser ces traceurs écologiques dans ce type d'écosystème, tels que le changement de la ligne de base sur un gradient côte-large pour un calcul pertinent des positions trophiques. Dans un second temps, ces outils ont été directement appliqués pour l'étude de l'écologie alimentaire de quelques espèces d'intérêt commercial, telles que la sardine, l'anchois et le bar. Ils ont ainsi révélé une relative spécialisation de la sardine sur certaines proies mésozooplanctoniques, alors que l'anchois montre d’une part une plasticité trophique plus importante sur ce compartiment planctonique, et d’autre part une plus grande flexibilité en termes de zones d'alimentation. Dans le car du bar, dont l'écologie alimentaire était jusqu'à présent très peu connue en dehors des zones côtières, le couplage des données isotopiques (révélant des informations sur le régime alimentaire sur le moyen à long terme) avec des données de contenus stomacaux (révélant des informations sur le court terme) a permis de mettre en évidence la sélectivité des individus de bars adultes sur les petits poissons pélagiques à forte valeur énergétique, lorsque ce prédateur fréquente les eaux du large. Enfin, ces traceurs écologiques ont été utilisés pour affiner la compréhension de la structure et du fonctionnement des réseaux trophiques dans le Golfe de Gascogne, et le comportement de certains contaminants tels que le Hg dans ces réseaux. Plus de 140 espèces provenant des différents réseaux trophiques de cet écosystème ont ainsi été analysées en isotopie, et 120 espèces pour leurs concentrations de Hg dans le muscle. Les traceurs isotopiques en particulier ont révélé que dans cet écosystème : 1) les mammifères marins sont un compartiment structurant des réseaux trophiques ; 2) les chaînes alimentaires sont relativement courtes ; 3) les chaînes alimentaires et les relations trophiques sont fortement organisées en "réseau" ; 4) le degré d'omnivorie est plutôt moyen dans l'écosystème, avec une tendance à l'augmentation chez les niveaux trophiques supérieurs. Ce travail de thèse a également mis en évidence une contamination en Hg plus importante dans le muscle des espèces provenant des habitats profonds du Golfe de Gascogne. Dans un contexte de besoin d'outils de suivi de l'état écologique des écosystèmes marins, et des espèces composant les réseaux trophiques en présence, cette thèse a finalement démontré tout l'intérêt d'utiliser les traceurs écologiques tant à des fins de recherches fondamentales qu'à des fins appliquées en écologie marine.The study of organisms' trophic ecology and those of food webs' structure and functioning are not easy in marine environments, while it is an essential characteristic of ecosystems' organisation. Thus, the use of indirect methods such as « ecological tracers » has dramatically increased recently. These methods consist in measuring (bio)chemical parameters in biological tissues of organisms. Based on the assumption « you are what you eat », ecological tracers constitute reliable indicators of the trophic position and/or of the feeding zone of organisms. First, the importance of some biological and environmental factors of variations on isotopic signatures and metal concentrations (mercury Hg and cadmium Cd) was examined in the Bay of Biscay. Indeed, in such an open marine ecosystem supporting a high biological diversity and undergoing various oceanic and terrigenous influences, we hypothesized that sources of variations are numerous. This work highlighted that different biological and environmental factors of variations have to be taken into account to use these ecological tracers in this type of ecosystem. For instance, we evidenced a change in the baseline along the inshore-offshore gradient that can considerably bias calculations of trophic positions from stable isotopes values, if it is not considered. Secondly, the isotopic tool in particular has been applied to study the trophic ecology of some commercially important species, such as sardine, anchovy and sea bass. Isotopic signatures revealed a relative specialisation of sardine on some mesozooplanktonic prey. On the contrary, anchovy showed a relative trophic plasticity on this type of prey, and a greater flexibility in terms of feeding zones. As for sea bass, the combination of isotopic data (giving an information on diet on the long term) and stomach contents data (giving an information on diet on the short term) highlighted the selectivity of adult individuals on small pelagic fish of high energy content, when foraging in offshore waters. Finally, ecological tracers were used to refine the understanding of food webs' structure and functioning in the Bay of Biscay, as well as Hg behaviour in these food webs. More than 140 species from the different food webs of this ecosystem have been analysed for their isotopic signature, and 120 species for muscle Hg concentrations. Isotopic data in particular revealed that in this ecosystem: 1) marine mammals are a structuring component of food webs; 2) food chains are relatively short; 3) food chains and trophic relationships are strongly "food web like" organised; 3) the degree of omnivory is intermediate in this ecosystem, with a slight trend to increase with increasing trophic position. This work also highlighted an enhanced bioaccumulation of Hg in the muscle of deep-sea fauna from the Bay of Biscay. In the context of the need for tools to monitor the environmental status of marine ecosystems, and of species that structure food webs, this work finally demonstrated the great interest of using ecological tracers for both fundamental and applied marine ecological research

Compréhension de l’hybridation des moules du genre Mytilus en Atlantique et implications pour la bio-surveillance

La présence de différentes espèces du genre Mytilus et leur hybridation est un paramètre mesuré sur une base volontaire par certains pays de la Mer du Nord pour la surveillance des effets biologiques des contaminants chimiques dans le cadre du programme CEMP (Coordinated EnvironMental Monitoring Programme) de la convention des mersrégionales OSPAR. Cette hybridation pouvant potentiellement influencer la réponse physiologique et la capacité de bioaccumulation des individus hybrides, il apparaît pertinent de développer en France la mesure de ce paramètre qui pourrait être étendue auréseau ROCCH et à la DCSMM dans lecadre dudescripteur 8 «contaminants chimiques et effets biologiques». L’objectif de cette étude est i) d’évaluer l’évolution de la distribution sur le littoral français de M. edulis et M. galloprovincialisdepuis 35 ans en utilisant la banque de tissus du ROCCH, ii) de déterminer les différences debioaccumulation et de réponses des biomarqueurs entre M.edulis etM. galloprovincialiset leurshybridesvia du caging(transplantation in situ). L’évolution de la prévalence des deux espèces de M. eduliset M. galloprovincialis sur certains sites du ROCCH a montré que des différences de composition génétique peuvent être observées pour certains sites entre 1981 et 2016. La cause de ces changements et notamment un lien potentiel avec lespratiques mytilicoles reste à éclaircir. Pour les stations où un changement est observé une réinterprétation des données historiquesdu ROCCHprenant en compte le facteur génétique pourra nous éclairer sur l’intérêt d’appliquer ce critère etéventuellementdel’élargir à plus de sites de façon rétrospective. Que ce soit au niveau des paramètres biologiques, des marqueurs écotoxicologiques, ou encorede la bioaccumulation des contaminants chimiques, des différences entre les lots testés in situdes espèces M. eduliset M. galloprovincialiset leurs hybrides sont observées. Une tendance univoque ne peut pas être dégagée concernant la capacitéde l’une ou de l’autre espèce à accumuler plus ou moins de contaminantschimiques, les différences observées entre espèces étant contaminant-spécifiques. De plus, l’étude in situdont sont issusces résultats a pu êtreconduitesur un site expérimental seulement.Des différences entre sites pourraient ainsi complexifier davantage les résultats déjàobtenus. Les conséquences sur l’interprétation des données de surveillance issues d’analyses sur les moules sont difficiles à prédire, mais il est certain, d’après les résultatsobtenus ici, que préciser l’espèce ou la présence d’individus hybrides(ou del’introgression)dans les bases de données serait judicieux. Une étude plus vaste sur plusieurs sites, à l’échelle nationale et/ou internationale (incluant également les zones d’hybridation entre M. eduliset M. trossulus, troisième espèce potentiellementprésente en Atlantique Nord-Est) pourrait être une perspective pertinente de ces travaux

Some expected impacts of the Common Fishery Policy on marine food webs

For the ecosystem approach to fisheries management, understanding population dynamics and ecosystem resilience in response to the landing obligation acted by the reform of the European Common Fishery Policy (CFP) is currently an important avenue of research. This study attempts to assess the impact of the new CFP on marine food webs. Total carbon and nitrogen loss induced by a discard ban were estimated for the ecosystem of the Bay of Biscay based on French At-Sea Observer data and carbon and nitrogen content of discarded fish. Changes in predator diets were estimated by comparing two Bayesian mixing models, one mimicking the current situation and the second the application of the new CFP (removing the discarded species that would be landed from the model). Results illustrate a substantial shift in predation effort toward remaining available prey. The impact of changes in diet on individual and population health and on ecosystem functioning are important issues that remain to be assessed. A sister study could be carry out in another ecoregion, at a finer spatial scale in order to compare impacts and ecosystem responses. European monitoring programs such as DC-MAP and the Marine Strategy Framework Directive (MSFD) would help us to gain an understanding of how the food web would reorganize itself

Contamination en éléments traces métalliques chez les poissons profonds. Région marine Manche Atlantique

La présente fiche indicateur présente l’évaluation qui pourrait être faite, lors du prochain cycle, de la contamination en métaux chez les poissons pélagiques profonds des eaux du talus et de la zone océanique, au-delà du plateau continental pour la Sous-Région Marine Golfe de Gascogne (Unité Marine de Rapportage (UMR) « Large-Talus/Océan »). Le mercure (Hg), le cadmium (Cd) et le plomb (Pb) sont trois métaux non essentiels reconnus pour leur toxicité et utilisés comme indicateurs communs par OSPAR et MEDPOL. Ils font également partie de la liste des substances prioritaires de la directive cadre sur l’eau (DCE 2013/39/UE). Leurs concentrations ont été mesurées chez 8 espèces de poissons pélagiques profonds (poissons entiers, tractus digestifs vidés) prélevés en 2017 lors de la campagne halieutique EVHOE de la « Data Collection Framework (DCF) », dans le cadre d’une étude ponctuelle intitulée « Biodiversité et Contamination du micronecton profond – Faisabilité du suivi et État de référence » (Spitz et al. 2019). En l’absence de données antérieures, cette étude pilote, avec un nombre d’échantillons relativement restreint est considérée comme un « état initial » de la contamination des poissons pélagiques profonds. Elle est ainsi présentée à titre indicatif, sous le même format de fiche indicateur BEE que les autres évaluations réalisées dans le cadre du D8C1, mais ne contribue pas à l’évaluation intégrée du D8C1 pour ce cycle 3. Les concentrations en Hg chez les poissons pélagiques profonds sont entre 2 et 32 fois supérieures au seuil environnemental (NQE, 2013/39/UE) chez les espèces ici suivies de l’UMR Large-Talus/Océan pour la SRM GdG. Par conséquent il ne peut pas être exclu que les concentrations observées en Hg puissent nuire à la vie marine. Les concentrations en Cd et Pb sont majoritairement inférieures aux seuils considérés (entre 163 et 28 fois inférieures pour le Pb, et entre 96 fois inférieures à près de 2 fois supérieures pour le Cd). Ces seuils pour le Cd et le Pb sont des seuils sanitaires utilisés en l’absence de seuils environnementaux (EC, 1881/2006/CE). Au vu de ces résultats, les concentrations observées en Cd et en Pb (évalué individuellement) ne sont pas susceptibles d’être un risque majeur pour l’homme dans les zones évaluées