Positioning aquatic animals with acoustic transmitters

Geolocating aquatic animals with acoustic tags has been ongoing for decades, relying on the detection of acoustic signals at multiple receivers with known positions to calculate a 2D or 3D position, and ultimately recreate the path of an aquatic animal from detections at fixed stations.This method of underwater geolocation is evolving with new software and hardware options available to help investigators design studies and calculate positions using solvers based predominantly on time-difference-of-arrival and time-of-arrival.We provide an overview of the considerations necessary to implement positioning in aquatic acoustic telemetry studies, including how to design arrays of receivers, test performance, synchronize receiver clocks and calculate positions from the detection data. We additionally present some common positioning algorithms, including both the free open-source solvers and the 'black-box' methods provided by some manufacturers for calculating positions.This paper is the first to provide a comprehensive overview of methods and considerations for designing and implementing better positioning studies that will support users, and encourage further knowledge advances in aquatic systems

Variabilité de la niche écologique chez des poissons prédateurs lacustres

Freshwater ecosystems, and lakes in particular, significantly contribute to biodiversity. At the top of the food web, predatory species promote biodiversity and stabilize ecosystems. They have direct and indirect cascading effects on numerous ecosystem functions as well as numerous services that these ecosystems provide to humans. Maintaining the diversity of these species is thus of utmost importance, and understanding the mechanisms of their coexistence is a crucial question in ecology. Based on niche theory, there are several identified mechanisms of species’ coexistence. Niche is defined as the range of environmental states, biotic and abiotic, specific to a species, which facilitate its existence. By focusing on habitat and trophic niches, two main components of the ecological niche, we aimed to highlight how wild predator communities are maintained in lacustrin ecosystems. Ectotherms being particularly sensitive to abiotic conditions, we also aimed to analyze how environmental conditions could affect their habitat niche. Individuals of pike Esox lucius L., perch Perca fluviatilis L., pikeperch Sander lucioperca (L.) and catfish Silurus glanis L. were tracked and/or sampled in a stratified reservoir and in a shallow natural lake. Their habitat niche was evaluated by coupling high resolution positioning acoustic telemetry with habitat mapping. The trophic niche was estimated by analyzing carbon and nitrogen stable isotope ratios of fin clips. Our results provide evidence of habitat and trophic niche partitioning among these predatory species, probably as a way to limit interspecific competition and thus stabilize species coexistence, in accordance with ecological theory. Yet, in both these niche components, the variation among individuals is often very large. For the trophic niche, a greater abundance of species generally correlates to greater intraspecific variation, and is interpreted as another stabilizing mechanism that buffers intraspecific competition. However in catfish this does not appear to occur; its trophic niche does not widen when it is more abundant. This likely reflects its generalist behavior at the individual level and could partly explain its successful colonization of numerous ecosystems. Environmental fluctuations drive these ectotherms’ niche, with different impacts depending on their timescale and their range. Seasonal environmental changes involve a limited number of temporal niches (cold/warm seasons) and gradually modulate species’ habitat niche, leading to a lesser degree of partitioning in low activity seasons (autumn, winter). In some specific environmental conditions, habitat niche shifts can be extreme like for long-lasting aggregations of catfish in winter conditions. A severe short-term hypoxic event triggered the grouping of catfish in a refuge area, probably without significant impact on this species. However, this event probably made the juvenile pikeperch abundance collapse, consequently affecting the juvenile piscivorous guild and intra- and interspecific trophic interactions, as shown for the trophic niche. This research provides valuable insights for lake managers to identify potential critical habitats or resources to preserve for species conservation. It also gives useful information on the strength of competitive interactions among species and their sensitivity to environmental conditions. These results shed light on important questions like whether species need to be regulated. This is particularly important when lakes host invasive exotic species that raise concern. As such, this work provides insights for managing lake ecosystems in the context of climate change.Les écosystèmes d'eau douce et les lacs en particulier contribuent de façon importante à la biodiversité. Au sommet des réseaux trophiques, les prédateurs favorisent cette biodiversité et ont un rôle stabilisateur. Ils impactent directement et indirectement de nombreuses fonctions des écosystèmes et, par là même, de nombreux services écosystémiques. Maintenir la diversité des prédateurs est donc capital, et comprendre les mécanismes de leur coexistence une question clé en écologie. La théorie des niches a identifié plusieurs mécanismes de coexistence. La niche est définie comme l'ensemble des conditions biotiques et abiotiques qui permettent l'existence d'une espèce. En ciblant la niche d'habitat et la niche trophique, deux composantes majeures de la niche écologique, nous avons cherché à montrer comment, dans la nature, les communautés de prédateurs se maintiennent en lacs. Les ectothermes étant particulièrement sensibles aux conditions abiotiques, nous visions également à évaluer comment les conditions environnementales affectent leur niche d'habitat. Des individus de brochet Esox lucius L., perche européenne Perca fluviatilis L., sandre Sander lucioperca (L.) et silure Silurus glanis L. ont été suivis et/ou échantillonnés dans un réservoir stratifié et un lac naturel peu profond. Nous avons estimé leur niche d'habitat en couplant leur positionnement par télémétrie acoustique à une cartographie de l'habitat. Leur niche trophique a été estimée par l'analyse des isotopes stables du carbone et de l'azote de tissus de nageoires. Nos résultats mettent en évidence un partitionnement de l'habitat et de la niche trophique entre ces espèces, probablement comme moyen de limiter la compétition interspécifique, en accord avec la théorie. Cependant, les variations entre individus d'une même espèce sont souvent très importantes. Concernant la niche trophique, une plus forte abondance d'une espèce est en général corrélée à une plus forte variation intraspécifique, ce qui constituerait un autre mécanisme stabilisateur limitant la compétition intraspécifique. Le silure, quant à lui, ne semble pas élargir sa niche trophique lorsqu'il est plus abondant ; cela illustre son caractère généraliste au niveau individuel et pourrait en partie expliquer le succès de sa colonisation de nombreux écosystèmes. Les fluctuations environnementales témoignent d'un rôle moteur sur la niche de ces ectothermes, avec des impacts différents selon leur échelle temporelle et leur amplitude. Les changements saisonniers mettent en jeu un nombre limité de niches temporelles (saison froide/chaude) et modulent graduellement la niche d'habitat des espèces ; ils aboutissent à un moindre degré de partitionnement en saison de plus faible activité (automne, hiver). Dans certaines conditions, les changements de niche d'habitat peuvent être extrêmes comme les agrégations hivernales de silures. Une sévère hypoxie de relativement courte durée a déclenché le regroupement de silures dans une zone refuge, probablement sans autre impact significatif sur l'espèce. Par contre, cet évènement a probablement contribué à l'effondrement du stock de sandres juvéniles et, ainsi, considérablement modifié les interactions intra- et interspécifiques du guilde piscivore, comme montré sur la niche trophique. Ces recherches donnent des clés aux gestionnaires de plans d'eau pour identifier les habitats ou ressources critiques à préserver, typiquement dans le cadre de la conservation d'espèces. Elles renseignent également sur l'intensité de la compétition interspécifique et peuvent éclairer sur le besoin ou non de réguler une espèce, ce qui peut être particulièrement utile lorsqu'une espèce exotique invasive pose question. Ainsi, ce type de recherche peut éclairer les plans de gestion à mettre en œuvre dans le contexte du changement climatique

Variability of the ecological niche of predatory fishes in lake ecosystems

Les écosystèmes d'eau douce et les lacs en particulier contribuent de façon importante à la biodiversité. Au sommet des réseaux trophiques, les prédateurs favorisent cette biodiversité et ont un rôle stabilisateur. Ils impactent directement et indirectement de nombreuses fonctions des écosystèmes et, par là même, de nombreux services écosystémiques. Maintenir la diversité des prédateurs est donc capital, et comprendre les mécanismes de leur coexistence une question clé en écologie. La théorie des niches a identifié plusieurs mécanismes de coexistence. La niche est définie comme l'ensemble des conditions biotiques et abiotiques qui permettent l'existence d'une espèce. En ciblant la niche d'habitat et la niche trophique, deux composantes majeures de la niche écologique, nous avons cherché à montrer comment, dans la nature, les communautés de prédateurs se maintiennent en lacs. Les ectothermes étant particulièrement sensibles aux conditions abiotiques, nous visions également à évaluer comment les conditions environnementales affectent leur niche d'habitat. Des individus de brochet Esox lucius L., perche européenne Perca fluviatilis L., sandre Sander lucioperca (L.) et silure Silurus glanis L. ont été suivis et/ou échantillonnés dans un réservoir stratifié et un lac naturel peu profond. Nous avons estimé leur niche d'habitat en couplant leur positionnement par télémétrie acoustique à une cartographie de l'habitat. Leur niche trophique a été estimée par l'analyse des isotopes stables du carbone et de l'azote de tissus de nageoires. Nos résultats mettent en évidence un partitionnement de l'habitat et de la niche trophique entre ces espèces, probablement comme moyen de limiter la compétition interspécifique, en accord avec la théorie. Cependant, les variations entre individus d'une même espèce sont souvent très importantes. Concernant la niche trophique, une plus forte abondance d'une espèce est en général corrélée à une plus forte variation intraspécifique, ce qui constituerait un autre mécanisme stabilisateur limitant la compétition intraspécifique. Le silure, quant à lui, ne semble pas élargir sa niche trophique lorsqu'il est plus abondant ; cela illustre son caractère généraliste au niveau individuel et pourrait en partie expliquer le succès de sa colonisation de nombreux écosystèmes. Les fluctuations environnementales témoignent d'un rôle moteur sur la niche de ces ectothermes, avec des impacts différents selon leur échelle temporelle et leur amplitude. Les changements saisonniers mettent en jeu un nombre limité de niches temporelles (saison froide/chaude) et modulent graduellement la niche d'habitat des espèces ; ils aboutissent à un moindre degré de partitionnement en saison de plus faible activité (automne, hiver). Dans certaines conditions, les changements de niche d'habitat peuvent être extrêmes comme les agrégations hivernales de silures. Une sévère hypoxie de relativement courte durée a déclenché le regroupement de silures dans une zone refuge, probablement sans autre impact significatif sur l'espèce. Par contre, cet évènement a probablement contribué à l'effondrement du stock de sandres juvéniles et, ainsi, considérablement modifié les interactions intra- et interspécifiques du guilde piscivore, comme montré sur la niche trophique. Ces recherches donnent des clés aux gestionnaires de plans d'eau pour identifier les habitats ou ressources critiques à préserver, typiquement dans le cadre de la conservation d'espèces. Elles renseignent également sur l'intensité de la compétition interspécifique et peuvent éclairer sur le besoin ou non de réguler une espèce, ce qui peut être particulièrement utile lorsqu'une espèce exotique invasive pose question. Ainsi, ce type de recherche peut éclairer les plans de gestion à mettre en œuvre dans le contexte du changement climatique.Freshwater ecosystems, and lakes in particular, significantly contribute to biodiversity. At the top of the food web, predatory species promote biodiversity and stabilize ecosystems. They have direct and indirect cascading effects on numerous ecosystem functions as well as numerous services that these ecosystems provide to humans. Maintaining the diversity of these species is thus of utmost importance, and understanding the mechanisms of their coexistence is a crucial question in ecology. Based on niche theory, there are several identified mechanisms of species’ coexistence. Niche is defined as the range of environmental states, biotic and abiotic, specific to a species, which facilitate its existence. By focusing on habitat and trophic niches, two main components of the ecological niche, we aimed to highlight how wild predator communities are maintained in lacustrin ecosystems. Ectotherms being particularly sensitive to abiotic conditions, we also aimed to analyze how environmental conditions could affect their habitat niche. Individuals of pike Esox lucius L., perch Perca fluviatilis L., pikeperch Sander lucioperca (L.) and catfish Silurus glanis L. were tracked and/or sampled in a stratified reservoir and in a shallow natural lake. Their habitat niche was evaluated by coupling high resolution positioning acoustic telemetry with habitat mapping. The trophic niche was estimated by analyzing carbon and nitrogen stable isotope ratios of fin clips. Our results provide evidence of habitat and trophic niche partitioning among these predatory species, probably as a way to limit interspecific competition and thus stabilize species coexistence, in accordance with ecological theory. Yet, in both these niche components, the variation among individuals is often very large. For the trophic niche, a greater abundance of species generally correlates to greater intraspecific variation, and is interpreted as another stabilizing mechanism that buffers intraspecific competition. However in catfish this does not appear to occur; its trophic niche does not widen when it is more abundant. This likely reflects its generalist behavior at the individual level and could partly explain its successful colonization of numerous ecosystems. Environmental fluctuations drive these ectotherms’ niche, with different impacts depending on their timescale and their range. Seasonal environmental changes involve a limited number of temporal niches (cold/warm seasons) and gradually modulate species’ habitat niche, leading to a lesser degree of partitioning in low activity seasons (autumn, winter). In some specific environmental conditions, habitat niche shifts can be extreme like for long-lasting aggregations of catfish in winter conditions. A severe short-term hypoxic event triggered the grouping of catfish in a refuge area, probably without significant impact on this species. However, this event probably made the juvenile pikeperch abundance collapse, consequently affecting the juvenile piscivorous guild and intra- and interspecific trophic interactions, as shown for the trophic niche. This research provides valuable insights for lake managers to identify potential critical habitats or resources to preserve for species conservation. It also gives useful information on the strength of competitive interactions among species and their sensitivity to environmental conditions. These results shed light on important questions like whether species need to be regulated. This is particularly important when lakes host invasive exotic species that raise concern. As such, this work provides insights for managing lake ecosystems in the context of climate change

Variabilité de la niche écologique chez des poissons prédateurs lacustres

Freshwater ecosystems, and lakes in particular, significantly contribute to biodiversity. At the top of the food web, predatory species promote biodiversity and stabilize ecosystems. They have direct and indirect cascading effects on numerous ecosystem functions as well as numerous services that these ecosystems provide to humans. Maintaining the diversity of these species is thus of utmost importance, and understanding the mechanisms of their coexistence is a crucial question in ecology. Based on niche theory, there are several identified mechanisms of species’ coexistence. Niche is defined as the range of environmental states, biotic and abiotic, specific to a species, which facilitate its existence. By focusing on habitat and trophic niches, two main components of the ecological niche, we aimed to highlight how wild predator communities are maintained in lacustrin ecosystems. Ectotherms being particularly sensitive to abiotic conditions, we also aimed to analyze how environmental conditions could affect their habitat niche. Individuals of pike Esox lucius L., perch Perca fluviatilis L., pikeperch Sander lucioperca (L.) and catfish Silurus glanis L. were tracked and/or sampled in a stratified reservoir and in a shallow natural lake. Their habitat niche was evaluated by coupling high resolution positioning acoustic telemetry with habitat mapping. The trophic niche was estimated by analyzing carbon and nitrogen stable isotope ratios of fin clips. Our results provide evidence of habitat and trophic niche partitioning among these predatory species, probably as a way to limit interspecific competition and thus stabilize species coexistence, in accordance with ecological theory. Yet, in both these niche components, the variation among individuals is often very large. For the trophic niche, a greater abundance of species generally correlates to greater intraspecific variation, and is interpreted as another stabilizing mechanism that buffers intraspecific competition. However in catfish this does not appear to occur; its trophic niche does not widen when it is more abundant. This likely reflects its generalist behavior at the individual level and could partly explain its successful colonization of numerous ecosystems. Environmental fluctuations drive these ectotherms’ niche, with different impacts depending on their timescale and their range. Seasonal environmental changes involve a limited number of temporal niches (cold/warm seasons) and gradually modulate species’ habitat niche, leading to a lesser degree of partitioning in low activity seasons (autumn, winter). In some specific environmental conditions, habitat niche shifts can be extreme like for long-lasting aggregations of catfish in winter conditions. A severe short-term hypoxic event triggered the grouping of catfish in a refuge area, probably without significant impact on this species. However, this event probably made the juvenile pikeperch abundance collapse, consequently affecting the juvenile piscivorous guild and intra- and interspecific trophic interactions, as shown for the trophic niche. This research provides valuable insights for lake managers to identify potential critical habitats or resources to preserve for species conservation. It also gives useful information on the strength of competitive interactions among species and their sensitivity to environmental conditions. These results shed light on important questions like whether species need to be regulated. This is particularly important when lakes host invasive exotic species that raise concern. As such, this work provides insights for managing lake ecosystems in the context of climate change.Les écosystèmes d'eau douce et les lacs en particulier contribuent de façon importante à la biodiversité. Au sommet des réseaux trophiques, les prédateurs favorisent cette biodiversité et ont un rôle stabilisateur. Ils impactent directement et indirectement de nombreuses fonctions des écosystèmes et, par là même, de nombreux services écosystémiques. Maintenir la diversité des prédateurs est donc capital, et comprendre les mécanismes de leur coexistence une question clé en écologie. La théorie des niches a identifié plusieurs mécanismes de coexistence. La niche est définie comme l'ensemble des conditions biotiques et abiotiques qui permettent l'existence d'une espèce. En ciblant la niche d'habitat et la niche trophique, deux composantes majeures de la niche écologique, nous avons cherché à montrer comment, dans la nature, les communautés de prédateurs se maintiennent en lacs. Les ectothermes étant particulièrement sensibles aux conditions abiotiques, nous visions également à évaluer comment les conditions environnementales affectent leur niche d'habitat. Des individus de brochet Esox lucius L., perche européenne Perca fluviatilis L., sandre Sander lucioperca (L.) et silure Silurus glanis L. ont été suivis et/ou échantillonnés dans un réservoir stratifié et un lac naturel peu profond. Nous avons estimé leur niche d'habitat en couplant leur positionnement par télémétrie acoustique à une cartographie de l'habitat. Leur niche trophique a été estimée par l'analyse des isotopes stables du carbone et de l'azote de tissus de nageoires. Nos résultats mettent en évidence un partitionnement de l'habitat et de la niche trophique entre ces espèces, probablement comme moyen de limiter la compétition interspécifique, en accord avec la théorie. Cependant, les variations entre individus d'une même espèce sont souvent très importantes. Concernant la niche trophique, une plus forte abondance d'une espèce est en général corrélée à une plus forte variation intraspécifique, ce qui constituerait un autre mécanisme stabilisateur limitant la compétition intraspécifique. Le silure, quant à lui, ne semble pas élargir sa niche trophique lorsqu'il est plus abondant ; cela illustre son caractère généraliste au niveau individuel et pourrait en partie expliquer le succès de sa colonisation de nombreux écosystèmes. Les fluctuations environnementales témoignent d'un rôle moteur sur la niche de ces ectothermes, avec des impacts différents selon leur échelle temporelle et leur amplitude. Les changements saisonniers mettent en jeu un nombre limité de niches temporelles (saison froide/chaude) et modulent graduellement la niche d'habitat des espèces ; ils aboutissent à un moindre degré de partitionnement en saison de plus faible activité (automne, hiver). Dans certaines conditions, les changements de niche d'habitat peuvent être extrêmes comme les agrégations hivernales de silures. Une sévère hypoxie de relativement courte durée a déclenché le regroupement de silures dans une zone refuge, probablement sans autre impact significatif sur l'espèce. Par contre, cet évènement a probablement contribué à l'effondrement du stock de sandres juvéniles et, ainsi, considérablement modifié les interactions intra- et interspécifiques du guilde piscivore, comme montré sur la niche trophique. Ces recherches donnent des clés aux gestionnaires de plans d'eau pour identifier les habitats ou ressources critiques à préserver, typiquement dans le cadre de la conservation d'espèces. Elles renseignent également sur l'intensité de la compétition interspécifique et peuvent éclairer sur le besoin ou non de réguler une espèce, ce qui peut être particulièrement utile lorsqu'une espèce exotique invasive pose question. Ainsi, ce type de recherche peut éclairer les plans de gestion à mettre en œuvre dans le contexte du changement climatique

How does the European catfish Silurus glanis behave under an hypoxic stress ?

International audienc

European catfish Silurus glanis behaviour in response to a strong summer hypoxic event in a shallow lake

International audienceHypoxic events have always naturally occurred in freshwater ecosystems but are worsening due to anthropogenic activities. Hypoxia tolerance greatly varies among fish species and is difficult to quantify in nature in large fish species. We analysed the movements of 40 subadult and adult European catfish Silurus glanis ([727; 2150] mm) exposed to a natural summer hypoxic event in a shallow lake of southeastern France. Catfish could withstand very low dissolved oxygen concentrations (DOC), down to 1.3 mg/L in the upper half of the water column (corresponding to a mean dissolved oxygen saturation rate of 16%), when their preferred benthic habitats were anoxic. While hypoxia was becoming more severe, individuals significantly increased their activity and the surface area they visited, whatever their size. This led them to a refuge zone where they aggregated or stayed in close vicinity, very little mobile, over one and a half day during the overall anoxia of the lake. This zone, located very close to the well oxygenated water inflow, was probably one of the most oxygenated accessible zone. During this aggregation, the smallest individuals were however more active than the largest ones. This was probably because they more often needed to move to better oxygenated places within the gathering area, compared to larger dominant fish that occupied the best places. The ability of catfish to withstand very low DOC, along with its high optimum temperature range, could give it a competitive advantage over other predatory species in the context of global change

Premiers pas vers la modélisation de la dynamique spatiale d’une population de brochets dans une retenue hydro-électrique

National audiencePrésentation d'une démarche de modélisation initiée sur les déplacements de brochets adultes suivis par télémétrie acoustique dans un réservoir

Un nouveau modèle de prévision à Météo-France : Aladin-Réunion

Le centre Météo-France de La Réunion, assurant un large éventail de prévisions météorologiques sur le sud-ouest de l'océan Indien, dispose depuis la fin de l'année 2006 d'un modèle opérationnel à haute résolution, Aladin-Réunion. Il couvre une grande partie de cette zone d'intérêt à la résolution de 10 km, ce qui représente un gain conséquent par rapport à celles des modèles disponibles jusqu'alors. Cet apport permet une représentation bien plus réaliste de la structure des cyclones, ainsi qu'une modélisation fine de l'écoulement atmosphérique autour du relief très marqué de l'île de La Réunion. Des évolutions de ce modèle sont prévues d'ici la prochaine saison cyclonique pour améliorer l'intensité et le positionnement, analysés comme prévus, des cyclones

European catfish Silurus glanis behaviour in response to a strong summer hypoxic event in a shallow lake

International audienc