Tese de doutoramento em Ciências (ramo de conhecimento em Biologia)The first objective of this PhD was to determine the degree of ecological segregation between
five sympatric species of toothed whales (i.e. common dolphin Delphinus delphis, harbour
porpoise Phocoena phocoena, bottlenose dolphin Tursiops truncatus, striped dolphin Stenella
coeruleoalba and long finned pilot whale Globicephala melas) inhabiting a restricted and highly
productive area, the North West Iberian Peninsula (NWIP). To this end, chemical parameters
analyses were used as an “alternative method” of assessing diet and habitat of these animals over
different periods of integration, complementing the information given by traditional methods of
investigation such as stomach contents, faeces analyses and field observations. The second
objective was to evaluate the contamination status of these species in order to estimate the
toxicological risk these populations face and to complete the existing database. In this context,
trace elements, carbon and nitrogen stable isotopes, as well as persistent organic pollutants
(POPs) were selected as chemical parameters for our investigations.
Firstly, the chemical parameters were used as ecological tracers of populations (or parts of
populations) by drawing an image of the diet and habitat of the species at different time scales.
We estimated that the food web has five trophic levels, with toothed whales occupying the top
positions, with no significant difference in trophic positions among them, ranging from 4.3 to
5.3. While the analysis of a single chemical parameter did not completely segregate between the
five species, the information gained by combining the analyses of several long-term ecological
tracers (i.e. nitrogen and carbon stable isotopes in teeth and renal cadmium concentrations)
revealed ecological niche segregation in two dimensions of this niche (the trophic and the spatial
dimensions). However, year-to-year or seasonal variations could not be investigated, except for
in common dolphin, and thus temporary overlap cannot be excluded. Additionally, we showed
that polychlorinated biphenyls (PCBs) profiles could be a relevant tracer of the foraging ecology
of taxonomically close species, allowing a fine separation of the species as result of their
different patterns. This was particularly clear for the harbour porpoise and striped dolphin.
Secondly, the contamination status of the species in this area was evaluated, with concentrations
interpreted in the light of biological and ecological factors. But the bioaccumulation of trace
elements appeared to be less predictable than that of POPs. Bottlenose dolphins and harbour
porpoises were found to have higher PCBs concentrations than the rest of the analysed NWIP
toothed whales, as well as those of adjacent NE Atlantic waters.
The main results of this PhD highlight the relevance of exploiting these chemical parameters as
ecological tracers, as well as their usefulness in the comprehensive study of structure and
function of ecosystems through the role of top predators. Combined with the information on
anthropogenic activities, this work can also contribute to the development and implementation of
management plans and mitigation measures for these five species of toothed whales in the
NWIP.O primeiro objetivo desta tese foi determinar qual grau de segregação ecológica existente entre
cinco espécies simpráticas de cetáceos odontocetes (i.e. golfinho-comum Delphinus delphis,
bôto Phocoena phocoena, roaz-corvineiro Tursiops truncatus, golfinho-riscado Stenella
coeruleoalba e baleia-piloto Globicephala melas) que habitam numa área restrita e altamente
produtiva, o Noroeste da Península Ibérica (NOPI). Para este fim, foram analisados parâmetros
químicos como um "método alternativo" que pode refletir a dieta e habitat em diferentes
períodos de integração destes animais, complementando a informação obtida através de métodos
tradicionais tais como as análises de conteúdos estomacais, as análises de fezes e a observação
de campo levadas a cabo no NOPI. O segundo objetivo foi avaliar o estado de contaminação
destas espécies, obtendo dados de base de contaminantes nestas populações e estimar o risco
toxicológico. Os elementos traço, os isótopos estáveis de carbono e nitrogênio e os poluentes
orgânicos persistentes (POPs) foram seleccionados como parâmetros químicos para responder
aos nossos objectivos.
Em primeiro lugar, os parâmetros químicos foram utilizados como traçadores ecológicos de
populações (ou partes das populações) pondo em evidência a dieta e habitat das espécies em
estudo ao longo de diferentes escalas temporais. Estimou-se que a cadeia trófica possui um total
de cinco niveis tróficos onde os cetáceos odontocetes estudados ocupam as posições mais
elevadas sem apresentar diferenças significativas entre elas, variando desde 4.3 para 5.3. Embora
a análise de um único parâmetro químico não tenha permitido segregar completamente as cinco
espécies, a informação obtida combinando as análises de vários traçadores ecológicos a longo
prazo (i.e. isótopos estáveis de carbono e nitrogênio em dentes e concentrações de cádmio nos
rins) revela uma segregação do nicho ecológico entre as cinco espécies em duas dimensões do
nicho (a dimensão trófica e a dimensão espacial). Porém, não pode ser excluída uma
sobreposição temporal, uma vez que não foi possível investigar variações sazonais ou interanuais,
excepto no caso do golfinho-comum. Adicionalmente, mostramos que perfis de policloro
bifenis (PCBs) podem ser un traçador pertinente da ecologia alimentar de espécies
taxonomicamente próximas permitindo uma boa separação das espécies bôto e golfinho-riscado
de acordo com os seus diferentes padrões.
Em segundo lugar, foi avaliado o estado de contaminação das espécies nesta área. As
concentrações foram interpretadas tendo em conta factores biológicos e ecológicos. No entanto,
a bio-acumulação dos elementos traço mostrou-se menos previsível que a bio-acumulação dos
POPs. O roaz-corvineiro e o bôto exibiram as concentrações mais elevadas de PCBs com
respeito dos outros cetáceos odontocetes do NOPI e com respeito aos outros indivíduos de águas
vizinhas do Oceano Atlântico Nordeste.
Os principais resultados desta tese mostram a relevância destes parâmetros químicos como os
traçadores ecológicos e a sua utilidade no estudo da estrutura e funcionamento dos ecossistemas
através do papel dos predadores de topo. Combinando estes dados com a informação sobre as
atividades antropogénicas, este trabalho pode contribuir ao desenvolvimento e implementação de
planos de gestão e mitigação para estas cinco espécies de cetáceos odontocetes no NOPI.Le premier objectif de ce travail de thèse était de déterminer quel est le degré de ségrégation écologique entre cinq espèces sympatriques de cétacés odontocètes (i.e. le dauphin commun
Delphinus delphis, le marsouin commun Phocoena phocoena, le grand dauphin tursiops
truncatus, le dauphin bleu et blanc Stenella coeruleoalba et le globicéphale noir Globicephala
melas) fréquentant l’aire marine restreinte et très productive du Nord-Ouest de la Péninsule
Ibérique (NOPI). Pour cela, des paramètres chimiques ont été analysés dans les tissus
biologiques, en tant que “ méthode alternative ” pouvant refléter de façon précise le régime
alimentaire et l’habitat de ces animaux à différents échelles de temps d’intégration, et ainsi
compléter les informations apportées par des méthodes plus traditionnelles tels que l’analyse des
contenus stomacaux ou des fèces, ou encore les données d’observations en mer. Le second
objectif de ce travail était d’évaluer l’état de contamination de ces espèces, pour acquérir une
base de données de référence complète les concernant et estimer le risque toxicologique auquel
elles peuvent faire face. Dans ce contexte, les éléments traces, les isotopes stables du carbone et
de l’azote, et les polluants organiques persistants (POPs) sont les paramètres chimiques qui ont
été sélectionnés pour répondre aux objectifs fixés.
Dans un premier temps, les paramètres chimiques ont été utilisés comme traceurs écologiques
des populations (ou de segments de population), procurant une image du régime alimentaire et
de l’habitat des espèces à différentes échelles de temps. Nous avons calculé que le réseau
trophique du NOPI avait cinq niveaux trophiques, au sein duquel les espèces étudiées occupaient
les plus hautes positions, comprises entre 4,3 à 5,3, et sans qu’il y ait de différence significative
de position trophiques entre les espèces. Alors que l’analyse d’un seul paramètre chimique ne
permettait pas ségréger les cinq espèces, les informations apportées par l’analyse de plusieurs
traceurs de long terme (i.e. rapport des isotopes stables du carbone et de l’azote dans les dents et
concentrations de cadmium dans les reins) ont révélé une ségrégation de leur niche écologique
dans deux des dimensions possibles (les dimensions trophique et spatiale). Cependant, les
variations pouvant survenir d’une année sur l’autre ou saisonnières n’ont pas pu être étudiées,
excepté pour le dauphin commun, et un chevauchement temporaire des niches ne peut donc pas
être totalement exclu. De plus, nous avons montré que les profils de polychlorobiphényles
(PCBs) pouvaient être un traceur pertinent de l’écologie trophique d’espèces taxinomiquement
proches, en permettant une séparation fine des espèces telles que le marsouin commun et le
dauphin bleu et blanc, d’après les différents profiles d’accumulation de ces deux espèces.
Dans un second temps, l’état de contamination des espèces dans la zone d’étude a été évalué. Les
concentrations ont été interprétées à la lumière des facteurs biologiques et écologiques pouvant
influencer ces concentrations, et la bioaccumulation des éléments traces s’est révélée moins
prévisible que celle des POPs. Le grand dauphin et le marsouin commun présentaient les
concentrations de PCBs les plus élevées par rapport aux autres cétacés odontocètes du NOPI et
par rapport à d’autres individus des eaux adjacentes de l’Atlantique Nord-Est.
Les résultats principaux de ce travail de thèse ont mis en évidence la pertinence d’utiliser ces
paramètres chimiques comme traceurs écologiques, et leur utilité dans la compréhension de la
structure et le fonctionnement des écosystèmes à travers le rôle des prédateurs supérieurs. En
combinant ces résultats à des informations concernant les activités anthropiques, ce travail peut
contribuer au développement et à l’implémentation de mesures de gestion pour ces cinq espèces
de cétacés odontocètes du NOPI.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - SFRH/BD/36766/200
