Movements, distribution, and population dynamics of polar bears in the Beaufort Sea

Thesis (Ph.D.) University of Alaska Fairbanks, 1995I used mark and recapture, and radio telemetry to describe movements and population dynamics of polar bears of the Beaufort Sea. Rates of movement were lowest for females with cubs in spring, highest for females with yearlings in winter, and varied from 0.30-0.96 km/h. Total distances moved each month and year were 186-492 km and 1,454-6,203 km respectively. Highest and lowest levels of activity were in June and September. Activity levels were highest from mid-day to late evening. Females with cubs were more active than other bears. Annual home ranges varied from 12,730 km\sp2 to 596,800 km\sp2. The Beaufort Sea population occupied a 939,153 km\sp2 area extending 300 km offshore from Cape Bathurst, Canada, to Pt. Hope, Alaska. Maternal denning in the Beaufort Sea region was common, but 52% of discovered dens were on the drifting pack ice. Bears denning on pack ice drifted as far as 997 km (x = 385 km). Bears followed to >1 den did not reuse sites. Consecutive dens were 20-1,304 km apart, but radio-collared bears were faithful to substrate and locale of previous dens. Of 44 polar bears that denned along the Beaufort Sea coast, 80% were located between 137\sp\circ00'W and 146\sp\circ59'W. Of those 44, 20 (45%) were on the Arctic National Wildlife Refuge, including 15 (34%) in the 1002 coastal plain area, which may contain >9 billion barrels of recoverable oil. Data indicated, however, that spatial and temporal restrictions on developments could prevent most disruptions of denned bears. Survival of adult female polar bears was higher than previously thought ($\ S=0.96).$ Survival of cubs ($\ S=0.65)$ and yearlings ($\ S=0.86)$ was lower than for adults, but increased rapidly with age. Shooting accounted for 85% of the documented deaths of adult females. The population grew to ~1500 animals ($\ge$2% per year) from 1967-1992. Condition of adult females, survival of young, and litter sizes declined, while age of maturity and reproductive interval appeared to increase. The population may have approached carrying capacity by the end of the study

Human Disturbances of Denning Polar Bears in Alaska

Polar bears (Ursus maritimus) give birth in dens of snow and ice. The altricial neonates cannot leave the den for >2 months post-partum and are potentially vulnerable to disturbances near dens. The coastal plain (1002) area of Alaska's Arctic National Wildlife Refuge (ANWR) lies in a region of known polar bear denning and also may contain >9 billion barrels of recoverable oil. Polar bears in dens could be affected in many ways by hydrocarbon development, but neither the distribution of dens nor the sensitivity of bears in dens has been known. I documented the distribution of dens on ANWR between 1981 and 1992 and observed responses of bears in dens to various anthropogenic disturbances. Of 44 dens located by radiotelemetry on the mainland coast of Alaska and Canada, 20 (45%) were on ANWR and 15 (34%) were within the 1002 area. Thus, development of ANWR will increase the potential that denning polar bears are disturbed by human activities. However, perturbations resulting from capture, marking, and radiotracking maternal bears did not affect litter sizes or stature of cubs produced. Likewise, 10 of 12 denned polar bears tolerated exposure to exceptional levels of activity. This tolerance and the fact that investment in the denning effort increases through the winter indicated that spatial and temporal restrictions on developments could prevent the potential for many disruptions of denned bears from being realized.Key words: Alaska, ANWR, Arctic, denning, disturbance, impact, oil development, polar bear, reproduction, Ursus maritimusLes ourses polaires (Ursus maritimus) donnent naissance à leurs petits dans des tanières de neige et de glace. Les nouveau-nés nidicoles ne peuvent quitter la tanière avant au moins deux mois suivant leur naissance, et des perturbations près de leur tanière sont susceptibles de les affecter. La région de la plaine côtière (1002) du Arctic National Wildlife Refuge (ANWR) en Alaska est située dans une zone connue comme site de mise bas pour l'ourse polaire et qui pourrait contenir plus de neuf milliards de barils de pétrole récupérable. Les ours polaires dans les tanières pourraient être affectés de bien des façons par l'exploitation des hydrocarbures, mais on n'a pas de données que ce soit sur la distribution des tanières ou sur la sensibilité des ours à l'intérieur de celles-ci. Nous avons documenté la distribution des tanières dans l'ANWR entre 1981 et 1992, et y avons observé la réponse des ours à diverses perturbations anthropiques. Parmi les 44 tanières localisées par radio-télémétrie sur la côte continentale de l'Alaska et du Canada, 20 (soit 45 p. cent) étaient situées dans l'ANWR et 15 (soit 34 p. cent) l'étaient dans la zone 1002. La mise en valeur de l'ANWR va donc accroître le potentiel de perturbation des ours polaires par l'activité humaine. Les perturbations résultant de la capture, du marquage et du pistage radio-électrique des mères ourses n'ont cependant pas affecté le nombre de petits dans une portée ni la taille des oursons. En outre, de 10 à 12 des ours polaires vivant dans leur tanière supportaient l'exposition à un niveau d'activité relativement intense. Cette tolérance et le fait que l'investissement dans la vie en tanière augmente au cours de l'hiver indiquent que des restrictions spatiales et temporelles imposées sur la mise en valeur pourraient empêcher que les ours en tanière soient soumis à d'éventuelles perturbations.Mots clés : Alaska, ANWR, Arctique, mise bas dans les tanières, perturbation, impact, exploitation pétrolière, ours polaire, reproduction, Ursus maritimu

Saccharomyces cerevisiae–Based Platform for Rapid Production and Evaluation of Eukaryotic Nutrient Transporters and Transceptors for Biochemical Studies and Crystallography

To produce large quantities of high quality eukaryotic membrane proteins in Saccharomyces cerevisiae, we modified a high-copy vector to express membrane proteins C-terminally-fused to a Tobacco Etch Virus (TEV) protease detachable Green Fluorescent Protein (GFP)-8His tag, which facilitates localization, quantification, quality control, and purification. Using this expression system we examined the production of a human glucose transceptor and 11 nutrient transporters and transceptors from S. cerevisiae that have not previously been overexpressed in S. cerevisiae and purified. Whole-cell GFP-fluorescence showed that induction of GFP-fusion synthesis from a galactose-inducible promoter at 15°C resulted in stable accumulation of the fusions in the plasma membrane and in intracellular membranes. Expression levels of the 12 fusions estimated by GFP-fluorescence were in the range of 0.4 mg to 1.7 mg transporter pr. liter cell culture. A detergent screen showed that n-dodecyl-ß-D-maltopyranoside (DDM) is acceptable for solubilization of the membrane-integrated fusions. Extracts of solubilized membranes were prepared with this detergent and used for purifications by Ni-NTA affinity chromatography, which yielded partially purified full-length fusions. Most of the fusions were readily cleaved at a TEV protease site between the membrane protein and the GFP-8His tag. Using the yeast oligopeptide transporter Ptr2 as an example, we further demonstrate that almost pure transporters, free of the GFP-8His tag, can be achieved by TEV protease cleavage followed by reverse immobilized metal-affinity chromatography. The quality of the GFP-fusions was analysed by fluorescence size-exclusion chromatography. Membranes solubilized in DDM resulted in preparations containing aggregated fusions. However, 9 of the fusions solubilized in DDM in presence of cholesteryl hemisuccinate and specific substrates, yielded monodisperse preparations with only minor amounts of aggregated membrane proteins. In conclusion, we developed a new effective S. cerevisiae expression system that may be used for production of high-quality eukaryotic membrane proteins for functional and structural analysis

Movements of a Polar Bear from Northern Alaska to Northern Greenland

Using satellite telemetry, we monitored the movements of an adult female polar bear (Ursus maritimus) as she traveled from the Alaskan Beaufort Sea coast to northern Greenland. She is the first polar bear known to depart the Beaufort Sea region for an extended period, and the first polar bear known to move between Alaska and Greenland. This bear traveled for four months across the polar basin and came within 2 degrees of the North Pole. During the first year following her capture, she traveled 5256 km. Evidence to suggest her use of maternity dens in northern Alaska and in northern Greenland demonstrates the potential for genetic exchange between two widely separate populations of polar bears. The long life spans of polar bears and the rarity of their long-range movements means the significance of interpopulation movement can be assessed after long-term monitoring of individuals.Key words: polar bear, Ursus maritimus, satellite telemetry, movements, Beaufort Sea, populations, Alaska, Greenland, polar basinEn utilisant la télémétrie par satellite, on a suivi les déplacements d'une ourse polaire (Ursus maritimus) alors qu'elle allait de la côte de la mer de Beaufort en Alaska au Groenland septentrional. À notre connaissance, elle est la première des ours polaires à avoir quitté la région de la mer de Beaufort pour une longue période, et la première à s'être déplacée entre l'Alaska et le Groenland. Cette ourse a traversé le bassin polaire durant quatre mois et s'est approchée à moins de 2° du pôle Nord. Au cours de la première année suivant sa capture, elle a parcouru 5256 km. Des preuves suggérant qu'elle a utilisé les tanières de mise bas dans l'Alaska septentrional et dans le Groenland septentrional démontrent le potentiel d'échanges génétiques existant entre deux populations d'ours polaires séparées par une grande distance. La longévité importante des ours polaires et la rareté des déplacements lointains signifient que les déplacements entre diverses populations ne peuvent être évalués qu'après une surveillance à long terme des individus.Mots clés: ours polaire, Ursus maritimus, télémétrie par satellite, déplacements, mer de Beaufort, populations, Alaska, Groenland, bassin polair

Mapping Polar Bear Maternal Denning Habitat in the National Petroleum Reserve–Alaska with an IfSAR Digital Terrain Model

The National Petroleum Reserve–Alaska (NPR-A) in northeastern Alaska provides winter maternal denning habitat for polar bears (Ursus maritimus) and also has high potential for recoverable hydrocarbons. Denning polar bears exposed to human activities may abandon their dens before their young are able to survive the severity of Arctic winter weather. To ensure that wintertime petroleum activities do not threaten polar bears, managers need to know the distribution of landscape features in which maternal dens are likely to occur. Here, we present a map of potential denning habitat within the NPR-A. We used a fine-grain digital elevation model derived from Interferometric Synthetic Aperture Radar (IfSAR) to generate a map of putative denning habitat. We then tested the map’s ability to identify polar bear denning habitat on the landscape. Our final map correctly identified 82% of denning habitat estimated to be within the NPR-A. Mapped denning habitat comprised 19.7 km2 (0.1% of the study area) and was widely dispersed. Though mapping denning habitat with IfSAR data was as effective as mapping with the photogrammetric methods used for other regions of the Alaskan Arctic coastal plain, the use of GIS to analyze IfSAR data allowed greater objectivity and flexibility with less manual labor. Analytical advantages and performance equivalent to that of manual cartographic methods suggest that the use of IfSAR data to identify polar bear maternal denning habitat is a better management tool in the NPR-A and wherever such data may be available.La réserve pétrolière nationale–Alaska (NPR-A), située dans le nord-est de l’Alaska (NPR-A), constitue un habitat hivernal de tanières de mise bas pour l’ours polaire (Ursus maritimus) et présente de grandes possibilités du point de vue des hydrocarbures récupérables. Les ours polaires des tanières qui sont exposés aux activités de l’être humain peuvent abandonner leur tanière avant que leurs petits ne soient prêts à survivre les rigueurs de l’hiver de l’Arctique. Afin de faire en sorte que les activités d’exploitation pétrolière hivernales ne posent pas de menaces aux ours polaires, les gestionnaires doivent connaître la répartition des caractéristiques du paysage où les tanières de mise bas sont susceptibles de se trouver. Ici, nous présentons une carte sur laquelle sont indiqués des habitats de tanières possibles au sein de la NPR-A. Nous avons utilisé un système de modélisation numérique des hauteurs à haute définition dérivé du radar interférométrique à synthèse d’ouverture (IfSAR) pour produire une carte putative de l’habitat de tanières. Ensuite, nous avons mis la carte à l’épreuve pour déterminer son aptitude à repérer l’habitat de tanières de mise bas au sein du paysage. Notre carte finale a repéré avec exactitude 82 % de l’habitat de tanières qui se trouverait à l’intérieur de la NPR-A. L’habitat de tanières cartographié s’étendait sur 19,7 km2 (0,1 % de l’aire étudiée) et était largement dispersé. Même si la cartographie de l’habitat de tanières au moyen des données de l’IfSAR était aussi efficace que la cartographie des méthodes photogrammétriques employées dans d’autres régions de la plaine côtière arctique de l’Alaska, l’utilisation du SIG pour analyser les données de l’IfSAR a donné lieu à une plus grande objectivité et flexibilité, avec moins de main-d’oeuvre. Les avantages analytiques et l’exécution équivalant à celles des méthodes de carto-graphie manuelles suggèrent que le recours aux données de l’IfSAR pour repérer l’habitat de tanières de mise bas d’ours polaires constitue un outil de gestion supérieur au sein de la NPR-A et de n’importe quel autre endroit où ces données sont disponibles

Allocating Harvests among Polar Bear Stocks in the Beaufort Sea

Recognition that polar bears are shared by hunters in Canada and Alaska prompted development of the “Polar Bear Management Agreement for the Southern Beaufort Sea.” Under this Agreement, the harvest of polar bears from the southern Beaufort Sea (SBS) is shared between Inupiat hunters of Alaska and Inuvialuit hunters of Canada. Quotas for each jurisdiction are to be reviewed annually in light of the best available scientific information. Ideal implementation of the Agreement has been hampered by the inability to quantify geographic overlap among bears from adjacent populations. We applied new analytical procedures to a more extensive radiotelemetry data set than has previously been available to quantify that overlap and thereby improve the efficacy of the Agreement. We constructed a grid over the eastern Chukchi Sea and Beaufort Sea and used twodimensional kernel smoothing to assign probabilities to the distributions of all instrumented bears. A cluster analysis of radio relocation data identified three relatively discrete groups or “populations” of polar bears: the SBS, Chukchi Sea (CS), and northern Beaufort Sea (NBS) populations. With kernel smoothing, we calculated relative probabilities of occurrence for individual members of each population in each cell of our grid. We estimated the uncertainty in probabilities by bootstrapping. Availability of polar bears from each population varied geographically. Near Barrow, Alaska, 50% of harvested bears are from the CS population and 50% from the SBS population. Nearly 99% of the bears taken by Kaktovik hunters are from the SBS. At Tuktoyaktuk, Northwest Territories, Canada, 50% are from the SBS and 50% from the NBS population. We displayed the occurrence of bears from each population as probabilities for each cell in our grid and as maps with contour lines delineating changes in relative probability. This new analytical approach will greatly improve the accuracy of allocating harvest quotas among hunting communities and jurisdictions while assuring that harvests remain within the bounds of sustainable yield.La reconnaissance du fait que l’ours polaire est chassé tant au Canada qu’en Alaska a initié la création de l’«Accord de gestion de l’ours polaire dans le sud de la mer de Beaufort». En vertu de cet accord, le prélèvement de l’ours polaire du sud de la mer de Beaufort est partagé entre les chasseurs inupiat de l’Alaska et les chasseurs inuvialuit du Canada. Les quotas pour chaque territoire de compétence doivent être révisés sur une base annuelle à la lumière de la meilleure information scientifique disponible. Une parfaite mise en oeuvre de l’accord a été rendue difficile en raison de l’impossibilité de quantifier le chevauchement géographique des populations d’ours voisines. En vue de quantifier ce chevauchement et d’améliorer ainsi l’efficacité de l’accord, on a appliqué de nouvelles procédures analytiques à un plus vaste ensemble de données télémétriques qu’on n’avait pu le faire auparavant. On a construit une grille recouvrant l’est de la mer des Tchouktches et la mer de Beaufort, et on a utilisé une méthode de lissage bidimensionnel par noyaux afin d’assigner des probabilités aux distributions de tous les ours appareillés. Une analyse de groupage des données de déplacement obtenues par radiocommunication a révélé trois groupes relativement distincts ou «populations» d’ours polaires, soit celles du sud de la mer de Beaufort (SMB), de la mer des Tchouktches (MT) et du nord de la mer de Beaufort (NMB). En recourant à la méthode de lissage par noyaux, on a calculé les probabilités relatives de présence des membres individuels de chaque population dans chacune des mailles de notre grille. On a évalué l’incertitude dans les probabilités par la méthode de bootstrapping. La disponibilité d’ours polaires au sein de chacune des populations variait géographiquement. Près de Barrow en Alaska, 50 % des ours prélevés viennent de la population MT, et 50 %, de la population SMB. Près de 99 % des ours abattus par les chasseurs de Kaktovik proviennent de la SMB. À Tuktoyaktuk, dans les Territoires du Nord-Ouest au Canada, 50 % des prises proviennent de la population SMB et 50 % de celle de la NMB. On a représenté la présence des ours de chaque population sous la forme de probabilités pour chaque maille de notre grille et sous celle de cartes avec courbes de niveau délimitant les changements dans la probabilité relative. Cette nouvelle approche analytique va grandement améliorer la justesse de l’attribution des quotas de prélèvement parmi les communautés de chasseurs et les territoires dont ils relèvent, tout en garantissant que les prélèvements restent dans les limites d’un rendement durable

Remote Identification of Polar Bear Maternal Den Habitat in Northern Alaska

Polar bears (Ursus maritimus) give birth in dens of ice and snow to protect their altricial young. During the snow-free season, we visited 25 den sites located previously by radiotelemetry and characterized the den site physiognomy. Seven dens occurred in habitats with minimal relief. Eighteen dens (72%) were in coastal and river banks. These "banks" were identifiable on aerial photographs. We then searched high-resolution aerial photographs (n=3000) for habitats similar to those of the 18 dens. On aerial photos, we mapped 1782 km of bank habitats suitable for denning. Bank habitats comprised 0.18% of our study area between the Colville River and the Tamayariak River in northern Alaska. The final map, which correctly identified 88% of bank denning habitat in this region, will help minimize the potential for disruptions of maternal dens by winter petroleum exploration activities.Les ourses polaires (Ursus maritimus) donnent naissance dans des tanières de glace et de neige afin de protéger leurs petits qui sont nidicoles. Durant la saison libre de neige, on a visité 25 lieux de mise bas repérés précédemment par télémesure et on a caractérisé la structure physionomique de ces lieux. Sept tanières étaient localisées au sein d'habitats au relief très peu prononcé. Dix-huit tanières, soit 72 p. cent, se trouvaient sur des berges côtières ou fluviales. Ces «berges» étaient identifiables sur des clichés aériens. On a ensuite cherché sur des clichés aériens (n=3000) pris à haute résolution des habitats semblables à ceux des 18 tanières. Sur ces clichés, on a cartographié 1782 km d'habitats de berges appropriés à l'établissement de tanières. Les habitats de berges constituaient 0,18 p. cent de notre zone d'étude entre la rivière Colville et la Tamayariak dans l'Alaska septentrional. La carte finalisée, qui identifiait correctement 88 p. cent de l'habitat contenant des berges propres à l'établissement de tanières dans la région, aidera à minimiser le potentiel de perturbation des tanières d' ourses due aux activités de prospection pétrolière hivernales