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A distribuição e densidade micronectônica acústica é estruturada por processos oceanográficos de macroescala em 17

Oct 18, 2023Oct 18, 2023

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 4614 (2023) Citar este artigo

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Este estudo investiga os padrões de distribuição em larga escala das camadas de espalhamento acústico e densidade de micronéctons no Nordeste do Oceano Atlântico durante o dia. Um cruzeiro de pesquisa a bordo do R/V "Kronprins Haakon" foi realizado em maio de 2019 de Cabo Verde ao Golfo da Biscaia. Dados hidrológicos foram obtidos em 20 estações de sensores de condutividade-temperatura-profundidade (CTD). Para estimar as densidades de micronécton na frente da rede de arrasto, foi utilizado um ecobatímetro autônomo (120 ou 200 kHz) na corda frontal da rede de arrasto de macroplâncton. Os dados acústicos também foram coletados ao longo da pista de cruzeiro usando ecobatímetros de múltiplas frequências montados em navios (backscatter em 18 e 38 kHz foi analisado). Observações acústicas (ambos em 18, 38 e 120/200 kHz) mostraram padrões claros na distribuição horizontal do micronécton durante o dia com maior retroespalhamento e densidades de eco no sul da área de estudo (de 17 a 37° N), e o ausência de alto retroespalhamento na superfície de 37 a 45° N. As densidades de retroespalhamento e eco foram significativamente influenciadas por: temperatura, salinidade e oxigênio, bem como profundidade e hora do dia.

Micronekton são os principais predadores do zooplâncton e são presas importantes para predadores de topo (por exemplo, atum, peixe-espada, tartarugas, aves marinhas e mamíferos marinhos)1,2. Muitas espécies de micronécton mesopelágico conduzem migrações verticais diárias (DVMs) da profundidade durante o dia para águas rasas à noite e voltam à profundidade ao amanhecer (por exemplo, Drazen et al.3). Por meio desses DVMs, o micronekton transporta ativamente material orgânico, contribuindo para o bombeamento biológico4. Agregações de micronekton e macrozooplankton na zona mesopelágica compreendem as camadas de dispersão profunda (DSLs), que são camadas refletivas de som fortes e onipresentes no oceano aberto (por exemplo, Davison et al.5). Há um interesse crescente em micronekton (especialmente peixes mesopelágicos) como um recurso potencial para exploração comercial por causa de sua alta biomassa estimada de peixes6, mas as estimativas atuais de abundância e biomassa têm grandes incertezas7,8.

O micronécton são organismos pequenos (1–20 cm) que podem nadar, mas a maioria dos estudos trata implicitamente a biota mesopelágica na faixa de tamanho do micronécton e do macrozooplâncton como plâncton funcional, ou seja, incapaz de realizar migrações horizontais (mas veja, por exemplo, Benoit-Bird e Au9 para uma possível exceção). Descrever padrões de grande escala e explicar os processos que os conduzem torna-se relevante. Por exemplo, entender como os gradientes latitudinais nas variáveis ​​ambientais influenciam a distribuição e abundância dos organismos pode ser útil para prever os efeitos das mudanças climáticas nos ecossistemas e seus componentes10. Estudos em larga escala fornecem uma boa oportunidade para explorar o efeito da oceanografia em macroescala na distribuição horizontal e vertical do micronécton e, consequentemente, nas respostas dos organismos do DSL à variabilidade ambiental. Foi sugerido que as profundidades DSL são controladas pela luz11,12,13 e parecem seguir intensidades de luz específicas14. No entanto, as profundidades do DSL também foram associadas a outras variáveis ​​ambientais, como níveis de oxigênio15,16,17.

Além disso, a classificação biogeográfica é uma ferramenta essencial para alcançar acordos internacionais em conservação marinha10. No passado, a partição biogeográfica do oceano era geralmente conduzida apenas com dados biológicos, mas classificações mais recentes incluíam várias fontes de dados (por exemplo, biológicas, químicas e físicas) em seus algoritmos de partição (por exemplo, Proud et al.18). Sutton et al.19 apresentaram uma classificação biogeográfica global da zona mesopelágica em termos de biodiversidade e função. Eles definem um total de 33 ecorregiões mesopelágicas globais, e nosso estudo abrangeu 3 delas. Por outro lado, Proud et al.20 definiram 36 províncias mesopelágicas com base nas características da distribuição do retroespalhamento acústico observado.

 27.25 kg m−3); AAIW, lower and upper NACW in the middle layer (27 < σθ < 27.25 kg m−3); and STUW, lower and upper NACW in the upper layer (σθ < 27 kg m−3). Each temperature/salinity-measurement point was classified with the water type that had the highest contribution given by the water-mass analysis. The reference temperature and salinity values are given in Supplementary Table S1./p> 0.8) with some environmental variables (temperature for surface layers in the NASC models, oxygen for all deep layer models and oxygen and temperature for echo count models from surface layers). In addition, the covariate geographical position was not sufficient to model all the spatial correlation and these models had higher AIC values than the model without geographical position. Thus, in the models there remained some spatial autocorrelation at small scale in the Pearson residuals, except for the echo count model from deep layers (Supplementary Fig. S2). We accepted this spatial correlation in the residuals in our final model because the tweedie distribution was not implemented in the R package used for dealing with it (R-INLA version 20.07.12)./p> 1 mg m−3) reaching the maximum values of observed (above 4 mg m−3 at the surface around 45° N (Fig. 3c))./p> − 75 dB). In these two areas (4 and 5), the vertical TS profiles were different between downcast and upcast, e.g., the depth of peak densities of echoes would shift (Fig. 4)./p> ~ − 70 dB), indicating that the composition in those layers was mainly aggregations of gas-bearing organisms, such as small mesopelagic fish. This is supported by the fact that the lower DSL was stronger at 18 kHz than at 38 kHz—small mesopelagic gas-bearing fishes have a resonant backscatter frequency closer to 18 kHz than 38 kHz. On the other hand, in the north of the study area (37–48° N), the echo densities ahead of the trawls were generally low and the target strength distributions (Fig. 4) suggest that the DSLs contained a mixture of strong (mesopelagic fish) and weak scatterers (crustaceans and swimbladderless fish). Trawling and optical data at depth suggested low densities of siphonophores in the area and the strong scatterers are unlikely to be dominated by siphonophores65,66. The dominant fish in our catches were members of the gonostomatid genus Cyclothone. Cyclothone braueri, Cyclothone microdon, Cyclothone pseudopallida, and Cyclothone pallida collectively made up more than 78% of the organism density in the trawl catches, while the most diverse family was Myctophidae21. Other studies in the North Atlantic have indicated that DSLs are dominated by Myctophidae and Stomiiformes22,67,68, but many of these studies are based on catches from graded trawls that severely underestimate the densities of Cyclothone spp.51. Given that catches were completely numerically dominated by Cyclothone spp.21, and that we lack knowledge of acoustic properties of most of the organisms encountered in the mesopelagic zone during the cruise, we attempted no identification beyond stating that the majority of targets at mesopelagic depths probably originated from fishes, given the TS (Fig. 4) and the general lack of observations of physonect or cystonect siphonophores during the cruise66,69./p>

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