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PURPOSE:
In this study, we examined the structure and function of the Southampton Island marine food web across 149 species of benthic and pelagic invertebrates, fishes, marine mammals and seabirds collected from 2016 to 2019, to provide a baseline for future studies that aim to quantify temporal changes in food web structuring. More specifically,we used a multi-biomarker approach combining stable isotopes and HBIs to: (i) determine the vertical trophic structure of the marine food web, (ii) investigate the contribution of benthic and pelagic-derived prey to the higher trophic level species of the Arctic food web, and (iii) determine the role of ice algae and phytoplankton carbon source use across different trophic levels and compartments (pelagic and benthic). By shedding new light on the functioning of the Southampton Island food web and specifically how the contribution of ice algae and benthic habitat shapes its structure, these results will be relevant to adaptive management and conservation initiatives implemented in response to anthropogenic stressors and climate change.
DESCRIPTION:
Climate-driven alterations of the marine environment are most rapid in Arctic and subarctic regions, including Hudson Bay in northern Canada, where declining sea ice, warming surface waters and ocean acidification are occurring at alarming rates. These changes are altering primary production patterns that will ultimately cascade up through the food web. Here, we investigated (i) the vertical trophic structure of the Southampton Island marine ecosystem in northern Hudson Bay, (ii) the contribution of benthic and pelagic-derived prey to the higher trophic level species, and (iii) the relative contribution of ice algae and phytoplankton derived carbon in sustaining this ecosystem. For this purpose, we measured bulk stable carbon, nitrogen and sulfur isotope ratios as well as highly branched isoprenoids in samples belonging to 149 taxa, including invertebrates, fishes, seabirds and marine mammals. We found that the benthic invertebrates occupied 4 trophic levels and that the overall trophic system went up to an average trophic position of 4.8. The average δ34S signature of pelagic organisms indicated that they exploit both benthic and pelagic food sources, suggesting there are many interconnections between these compartments in this coastal area. The relatively high sympagic carbon dependence of Arctic marine mammals (53.3 ± 22.2 %) through their consumption of benthic invertebrate prey, confirms the important role of the benthic subweb for sustaining higher trophic level consumers in the coastal pelagic environment. Therefore, a potential decrease in the productivity of ice algae could lead to a profound alteration of the benthic food web and a cascading effect on this Arctic ecosystem.
Collaborators:
Centre for Earth Observation Science, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - R´emi Amiraux, C.J. Mundy, Jens K. Ehn, Z.A. Kuzyk.
Quebec-Ocean, Sentinel North and Takuvik, Biology Department, Laval University, Quebec, Quebec, Canada - Marie Pierrejean.
Scottish Association for Marine Science, Oban, UK - Thomas A. Brown.
Department of Natural Resource Sciences, McGill University, Ste. Anne de Bellevue, Quebec, Canada - Kyle H. Elliott.
Department of Biological Sciences, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - Steven H. Ferguson, Cory J.D. Matthews, Cortney A. Watt, David J. Yurkowski.
School of the Environment, University of Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Aaron T. Fisk.
Science and Technology Branch, Environment and Climate Change Canada, Ottawa, Ontario, Canada - Grant Gilchrist.
College of Fisheries and Ocean Sciences, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, AK, USA - Katrin Iken.
Department of Earth Sciences, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada - Audrey Limoges.
Department of Integrative Biology, University of Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Oliver P. Love, Wesley R. Ogloff.
Department of Arctic Biology, The University Centre in Svalbard, Longyearbyen, Norway - Janne E. Søreide.
Learn more or download this dataset from the Government of Canada's Open data portal.
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OBJECTIF :
Dans le cadre de cette étude, nous avons examiné la structure et la fonction du réseau trophique marin de l’île Southampton pour 149 espèces d’invertébrés benthiques et pélagiques, de poissons, de mammifères marins et d’oiseaux de mer prélevés entre 2016 et 2019 en vue de fournir une base de référence pour les études futures qui visent à quantifier les changements temporels dans la structuration du réseau trophique. Plus précisément, nous avons utilisé une approche à biomarqueurs multiples combinant des isotopes stables et des isoprénoïdes hautement ramifiés pour : i) déterminer la structure trophique verticale du réseau trophique marin, ii) étudier la contribution des proies benthiques et pélagiques aux espèces des niveaux trophiques supérieurs, et iii) déterminer le rôle des algues de glace et de l’utilisation des sources de carbone par le phytoplancton dans différents niveaux trophiques et compartiments (pélagiques et benthiques). En apportant un nouvel éclairage sur le fonctionnement du réseau trophique de l’île Southampton et plus particulièrement sur la façon dont la contribution des algues de glace et de l’habitat benthique façonne sa structure, ces résultats seront pertinents pour la gestion adaptative et les initiatives de conservation mises en œuvre en réponse aux facteurs de stress anthropiques et aux changements climatiques.
DESCRIPTION :
Les altérations de l’environnement marin découlant du climat sont plus rapides dans les régions arctiques et subarctiques, y compris la baie d’Hudson dans le nord du Canada, où le déclin de la glace de mer, le réchauffement des eaux de surface et l’acidification des océans se produisent à des rythmes alarmants. Ces changements modifient les régimes de production primaire, dont les répercussions finiront par toucher l’ensemble du réseau du réseau trophique. Ici, nous avons étudié i) la structure trophique verticale de l’écosystème marin de l’île Southampton dans le nord de la baie d’Hudson, ii) la contribution des proies benthiques et pélagiques aux espèces des niveaux trophiques supérieurs, et iii) la contribution relative des algues de glace et du carbone dérivé du phytoplancton dans le maintien de cet écosystème. À cette fin, nous avons mesuré les rapports isotopiques stables du carbone, de l’azote et du soufre ainsi que les isoprénoïdes hautement ramifiés dans les échantillons appartenant à 149 taxons, y compris des invertébrés, des poissons, des oiseaux de mer et des mammifères marins. Nous avons constaté que les invertébrés benthiques occupaient 4 niveaux trophiques et que le réseau trophique global atteignait une position moyenne au sein du réseau trophique de 4,8. La signature δ34S moyenne des organismes pélagiques indique qu’ils exploitent à la fois les sources d’aliments benthiques et pélagiques, ce qui veut dire qu’il existerait de nombreuses interconnexions entre ces compartiments dans cette zone côtière. La dépendance relativement élevée des mammifères marins de l’Arctique à l’égard du carbone sympagique (53,3 ± 22,2 %) par leur consommation de proies invertébrées benthiques confirme le rôle important du sous-réseau benthique pour le maintien des consommateurs de niveaux trophiques supérieurs dans l’environnement pélagique côtier. Par conséquent, une diminution potentielle de la productivité des algues de glace pourrait entraîner une altération profonde du réseau trophique benthique et un effet en cascade sur cet écosystème arctique.
Collaborateurs:
Centre des sciences de l’observation de la Terre, Université du Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - R’emi Amiraux, C.J. Mundy, Jens K. Ehn, Z.A. Kuzyk.
Québec-Océan, Sentinelle Nord et Takuvik, Département de biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada - Marie Pierrejean.
Association écossaise pour les sciences marines, Oban, Royaume-Uni - Thomas A. Brown.
Département des sciences des ressources naturelles, Université McGill, Sainte-Anne-de-Bellevue, Québec, Canada - Kyle H. Elliott.
Département des sciences biologiques, Université du Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - Steven H. Ferguson, Cory J.D. Matthews, Cortney A. Watt, David J. Yurkowski.
École de l’environnement, Université de Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Aaron T. Fisk.
Direction générale des sciences et de la technologie, Environnement et Changement climatique Canada, Ottawa (Ontario), Canada - Grant Gilchrist.
Collège des sciences de la pêche et de la mer, Université de l’Alaska Fairbanks, Fairbanks, AK, États-Unis - Katrin Iken.
Département des sciences de la Terre, Université du Nouveau-Brunswick, Fredericton, N.-B., Canada - Audrey Limoges.
Département de biologie intégrative, Université de Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Oliver P. Love, Wesley R. Ogloff.
Département de biologie arctique, Centre universitaire de Svalbard, Longyearbyen, Norvège - Janne E. Søreide.
PURPOSE:
In this study, we examined the structure and function of the Southampton Island marine food web across 149 species of benthic and pelagic invertebrates, fishes, marine mammals and seabirds collected from 2016 to 2019, to provide a baseline for future studies that aim to quantify temporal changes in food web structuring. More specifically,we used a multi-biomarker approach combining stable isotopes and HBIs to: (i) determine the vertical trophic structure of the marine food web, (ii) investigate the contribution of benthic and pelagic-derived prey to the higher trophic level species of the Arctic food web, and (iii) determine the role of ice algae and phytoplankton carbon source use across different trophic levels and compartments (pelagic and benthic). By shedding new light on the functioning of the Southampton Island food web and specifically how the contribution of ice algae and benthic habitat shapes its structure, these results will be relevant to adaptive management and conservation initiatives implemented in response to anthropogenic stressors and climate change.
DESCRIPTION:
Climate-driven alterations of the marine environment are most rapid in Arctic and subarctic regions, including Hudson Bay in northern Canada, where declining sea ice, warming surface waters and ocean acidification are occurring at alarming rates. These changes are altering primary production patterns that will ultimately cascade up through the food web. Here, we investigated (i) the vertical trophic structure of the Southampton Island marine ecosystem in northern Hudson Bay, (ii) the contribution of benthic and pelagic-derived prey to the higher trophic level species, and (iii) the relative contribution of ice algae and phytoplankton derived carbon in sustaining this ecosystem. For this purpose, we measured bulk stable carbon, nitrogen and sulfur isotope ratios as well as highly branched isoprenoids in samples belonging to 149 taxa, including invertebrates, fishes, seabirds and marine mammals. We found that the benthic invertebrates occupied 4 trophic levels and that the overall trophic system went up to an average trophic position of 4.8. The average δ34S signature of pelagic organisms indicated that they exploit both benthic and pelagic food sources, suggesting there are many interconnections between these compartments in this coastal area. The relatively high sympagic carbon dependence of Arctic marine mammals (53.3 ± 22.2 %) through their consumption of benthic invertebrate prey, confirms the important role of the benthic subweb for sustaining higher trophic level consumers in the coastal pelagic environment. Therefore, a potential decrease in the productivity of ice algae could lead to a profound alteration of the benthic food web and a cascading effect on this Arctic ecosystem.
Collaborators:
Centre for Earth Observation Science, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - R´emi Amiraux, C.J. Mundy, Jens K. Ehn, Z.A. Kuzyk.
Quebec-Ocean, Sentinel North and Takuvik, Biology Department, Laval University, Quebec, Quebec, Canada - Marie Pierrejean.
Scottish Association for Marine Science, Oban, UK - Thomas A. Brown.
Department of Natural Resource Sciences, McGill University, Ste. Anne de Bellevue, Quebec, Canada - Kyle H. Elliott.
Department of Biological Sciences, University of Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - Steven H. Ferguson, Cory J.D. Matthews, Cortney A. Watt, David J. Yurkowski.
School of the Environment, University of Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Aaron T. Fisk.
Science and Technology Branch, Environment and Climate Change Canada, Ottawa, Ontario, Canada - Grant Gilchrist.
College of Fisheries and Ocean Sciences, University of Alaska Fairbanks, Fairbanks, AK, USA - Katrin Iken.
Department of Earth Sciences, University of New Brunswick, Fredericton, NB, Canada - Audrey Limoges.
Department of Integrative Biology, University of Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Oliver P. Love, Wesley R. Ogloff.
Department of Arctic Biology, The University Centre in Svalbard, Longyearbyen, Norway - Janne E. Søreide.
Learn more or download this dataset from the Government of Canada's Open data portal.
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OBJECTIF :
Dans le cadre de cette étude, nous avons examiné la structure et la fonction du réseau trophique marin de l’île Southampton pour 149 espèces d’invertébrés benthiques et pélagiques, de poissons, de mammifères marins et d’oiseaux de mer prélevés entre 2016 et 2019 en vue de fournir une base de référence pour les études futures qui visent à quantifier les changements temporels dans la structuration du réseau trophique. Plus précisément, nous avons utilisé une approche à biomarqueurs multiples combinant des isotopes stables et des isoprénoïdes hautement ramifiés pour : i) déterminer la structure trophique verticale du réseau trophique marin, ii) étudier la contribution des proies benthiques et pélagiques aux espèces des niveaux trophiques supérieurs, et iii) déterminer le rôle des algues de glace et de l’utilisation des sources de carbone par le phytoplancton dans différents niveaux trophiques et compartiments (pélagiques et benthiques). En apportant un nouvel éclairage sur le fonctionnement du réseau trophique de l’île Southampton et plus particulièrement sur la façon dont la contribution des algues de glace et de l’habitat benthique façonne sa structure, ces résultats seront pertinents pour la gestion adaptative et les initiatives de conservation mises en œuvre en réponse aux facteurs de stress anthropiques et aux changements climatiques.
DESCRIPTION :
Les altérations de l’environnement marin découlant du climat sont plus rapides dans les régions arctiques et subarctiques, y compris la baie d’Hudson dans le nord du Canada, où le déclin de la glace de mer, le réchauffement des eaux de surface et l’acidification des océans se produisent à des rythmes alarmants. Ces changements modifient les régimes de production primaire, dont les répercussions finiront par toucher l’ensemble du réseau du réseau trophique. Ici, nous avons étudié i) la structure trophique verticale de l’écosystème marin de l’île Southampton dans le nord de la baie d’Hudson, ii) la contribution des proies benthiques et pélagiques aux espèces des niveaux trophiques supérieurs, et iii) la contribution relative des algues de glace et du carbone dérivé du phytoplancton dans le maintien de cet écosystème. À cette fin, nous avons mesuré les rapports isotopiques stables du carbone, de l’azote et du soufre ainsi que les isoprénoïdes hautement ramifiés dans les échantillons appartenant à 149 taxons, y compris des invertébrés, des poissons, des oiseaux de mer et des mammifères marins. Nous avons constaté que les invertébrés benthiques occupaient 4 niveaux trophiques et que le réseau trophique global atteignait une position moyenne au sein du réseau trophique de 4,8. La signature δ34S moyenne des organismes pélagiques indique qu’ils exploitent à la fois les sources d’aliments benthiques et pélagiques, ce qui veut dire qu’il existerait de nombreuses interconnexions entre ces compartiments dans cette zone côtière. La dépendance relativement élevée des mammifères marins de l’Arctique à l’égard du carbone sympagique (53,3 ± 22,2 %) par leur consommation de proies invertébrées benthiques confirme le rôle important du sous-réseau benthique pour le maintien des consommateurs de niveaux trophiques supérieurs dans l’environnement pélagique côtier. Par conséquent, une diminution potentielle de la productivité des algues de glace pourrait entraîner une altération profonde du réseau trophique benthique et un effet en cascade sur cet écosystème arctique.
Collaborateurs:
Centre des sciences de l’observation de la Terre, Université du Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - R’emi Amiraux, C.J. Mundy, Jens K. Ehn, Z.A. Kuzyk.
Québec-Océan, Sentinelle Nord et Takuvik, Département de biologie, Université Laval, Québec, Québec, Canada - Marie Pierrejean.
Association écossaise pour les sciences marines, Oban, Royaume-Uni - Thomas A. Brown.
Département des sciences des ressources naturelles, Université McGill, Sainte-Anne-de-Bellevue, Québec, Canada - Kyle H. Elliott.
Département des sciences biologiques, Université du Manitoba, Winnipeg, Manitoba, Canada - Steven H. Ferguson, Cory J.D. Matthews, Cortney A. Watt, David J. Yurkowski.
École de l’environnement, Université de Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Aaron T. Fisk.
Direction générale des sciences et de la technologie, Environnement et Changement climatique Canada, Ottawa (Ontario), Canada - Grant Gilchrist.
Collège des sciences de la pêche et de la mer, Université de l’Alaska Fairbanks, Fairbanks, AK, États-Unis - Katrin Iken.
Département des sciences de la Terre, Université du Nouveau-Brunswick, Fredericton, N.-B., Canada - Audrey Limoges.
Département de biologie intégrative, Université de Windsor, Windsor, Ontario, Canada - Oliver P. Love, Wesley R. Ogloff.
Département de biologie arctique, Centre universitaire de Svalbard, Longyearbyen, Norvège - Janne E. Søreide.