Resumen de la tesis que presenta Cinthia Lizeth Velazquez Matus como requisito parcial para la obtención
del grado de Maestra en Ciencias en Ecología Marina
Reconstructing temporal variability in carbon sources from the Southern California Bight and the influence of environmental change using essential amino acids δ13C values from a small cetacean
Resumen aprobado por:
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Dra. Rocio Iliana Ruiz Castro
Directora de tesis
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Resumen en español
Se evaluó la variabilidad interanual de δ¹³C en aminoácidos esenciales (AAEs) de delfines comunes (Delphinus delphis) capturados incidentalmente en pesquerías de redes agalleras en la Ensenada del Sur de California, E.U.A, entre 1990 y 2008, en relación con la temperatura del agua, la productividad primaria (Chl-a como proxy), el carbono inorgánico disuelto (CID) y el índice de surgencia costera (CUTI). Se analizaron 178 muestras de piel (tejido completo) y de estas, 30 muestras se usaron para el análisis de δ¹³C en AAEs. Los valores de δ¹³C en tejido completo no mostraron diferencias significativas entre años. En contraste, los valores de δ¹³C de AAEs revelaron patrones temporales distintos: lisina, metionina y fenilalanina presentaron las mayores fluctuaciones (6–10‰), mostrando una tendencia hacia valores más ligeros, mientras que Leu mostró un enriquecimiento progresivo. Valina, Isoleucina y Treonina no evidenciaron cambios consistentes. En promedio, los valores de δ¹³CAAEs disminuyeron 3.5‰ entre 2000 y 2008, una magnitud muy superior a la atribuible al efecto Suess (~0.2‰ por década), lo que sugiere que factores oceanográficos, más allá del forzamiento atmosférico, moldearon la señal isotópica. Los modelos aditivos generalizados (GAMs) identificaron a la temperatura, el CID y la Chl-a como los predictores más importantes, explicando hasta el 76% de la variabilidad isotópica. Estos resultados demuestran que los delfines comunes, al ser muestreadores biológicos del ecosistema, integran a través de su dieta la señal isotópica de los productores primarios. Estos valores de δ¹³CAAEs reflejan la variabilidad temporal del ciclo del carbono marino. A diferencia de enfoques tradicionales, como el δ¹³C de materia orgánica particulada, que puede verse influenciado por contribuciones bacterianas, o el δ¹⁵N del zooplancton, que refleja efectos tróficos, el uso de δ¹³CAAEs en depredadores tope proporciona una herramienta novedosa y más precisa para rastrear los cambios en la fijación de carbono por los productores primarios que sostienen la red alimentaria de la que se alimenta el depredador. Esta tesis resalta el potencial del análisis isotópico de aminoácidos esenciales en piel de delfín, centinelas del ecosistema que habitan, para comprender la dinámica del ciclo de carbono en respuesta a una alta variabilidad ambiental.
Se evaluó la variabilidad interanual de δ¹³C en aminoácidos esenciales (AAEs) de delfines comunes (Delphinus delphis) capturados incidentalmente en pesquerías de redes agalleras en la Ensenada del Sur de California, E.U.A, entre 1990 y 2008, en relación con la temperatura del agua, la productividad primaria (Chl-a como proxy), el carbono inorgánico disuelto (CID) y el índice de surgencia costera (CUTI). Se analizaron 178 muestras de piel (tejido completo) y de estas, 30 muestras se usaron para el análisis de δ¹³C en AAEs. Los valores de δ¹³C en tejido completo no mostraron diferencias significativas entre años. En contraste, los valores de δ¹³C de AAEs revelaron patrones temporales distintos: lisina, metionina y fenilalanina presentaron las mayores fluctuaciones (6–10‰), mostrando una tendencia hacia valores más ligeros, mientras que Leu mostró un enriquecimiento progresivo. Valina, Isoleucina y Treonina no evidenciaron cambios consistentes. En promedio, los valores de δ¹³CAAEs disminuyeron 3.5‰ entre 2000 y 2008, una magnitud muy superior a la atribuible al efecto Suess (~0.2‰ por década), lo que sugiere que factores oceanográficos, más allá del forzamiento atmosférico, moldearon la señal isotópica. Los modelos aditivos generalizados (GAMs) identificaron a la temperatura, el CID y la Chl-a como los predictores más importantes, explicando hasta el 76% de la variabilidad isotópica. Estos resultados demuestran que los delfines comunes, al ser muestreadores biológicos del ecosistema, integran a través de su dieta la señal isotópica de los productores primarios. Estos valores de δ¹³CAAEs reflejan la variabilidad temporal del ciclo del carbono marino. A diferencia de enfoques tradicionales, como el δ¹³C de materia orgánica particulada, que puede verse influenciado por contribuciones bacterianas, o el δ¹⁵N del zooplancton, que refleja efectos tróficos, el uso de δ¹³CAAEs en depredadores tope proporciona una herramienta novedosa y más precisa para rastrear los cambios en la fijación de carbono por los productores primarios que sostienen la red alimentaria de la que se alimenta el depredador. Esta tesis resalta el potencial del análisis isotópico de aminoácidos esenciales en piel de delfín, centinelas del ecosistema que habitan, para comprender la dinámica del ciclo de carbono en respuesta a una alta variabilidad ambiental.
Palabras clave: fijación de carbono, depredador, centinela, variabilidad ambiental, isótopos
Resumen en inglés
Interannual variability of δ¹³C in essential amino acids (EAAs) of common dolphins (Delphinus delphis) incidentally caught in gillnet fisheries in the Southern California Bight, U. S., was evaluated between 1990 and 2008, in relation to seawater temperature, primary productivity (Chl-a as a proxy), dissolved inorganic carbon (DIC), and the coastal upwelling transport index (CUTI). A total of 178 skin samples (bulk tissue) were analyzed, with a subset of 30 used for EAAs analysis. Bulk δ¹³C values showed no significant differences across years. In contrast, EAAs values revealed distinct temporal patterns: Lysine, methionine, and phenylalanine displayed the greatest fluctuations (6–10‰), trending toward lighter values, while leucine showed progressive enrichment. Valine, Isoleucine, and Threonine exhibited no consistent changes. On average, δ¹³CEAAs declined by 3.5‰ between 2000 and 2008, a magnitude far exceeding the Suess effect (~0.2‰ per decade), suggesting that oceanographic drivers beyond atmospheric forcing shaped the isotopic signal. Generalized additive models (GAMs) identified temperature, DIC, and Chl-a as the most important predictors, explaining up to 76% of isotopic variability. These results demonstrate that common dolphins are biological samplers of the ecosystem, integrating through their diet the isotopic signal of primary producers. δ¹³CEAAs values thus reflect the marine carbon cycle. Unlike traditional approaches, such as δ¹³C of particulate organic matter, which may be influenced by bacterial contributions, or δ¹⁵N of zooplankton, which reflects trophic-level effects, the δ¹³CEAAs in top predators offer a novel and more precise tool to trace changes in carbon fixation by the primary producers that support the food web where the predators forage. This thesis highlights the potential of isotopic analysis of essential amino acids in dolphin skin, sentinels of the ecosystem they inhabit, to understand the dynamics of the carbon cycle in response to high environmental variability.
Interannual variability of δ¹³C in essential amino acids (EAAs) of common dolphins (Delphinus delphis) incidentally caught in gillnet fisheries in the Southern California Bight, U. S., was evaluated between 1990 and 2008, in relation to seawater temperature, primary productivity (Chl-a as a proxy), dissolved inorganic carbon (DIC), and the coastal upwelling transport index (CUTI). A total of 178 skin samples (bulk tissue) were analyzed, with a subset of 30 used for EAAs analysis. Bulk δ¹³C values showed no significant differences across years. In contrast, EAAs values revealed distinct temporal patterns: Lysine, methionine, and phenylalanine displayed the greatest fluctuations (6–10‰), trending toward lighter values, while leucine showed progressive enrichment. Valine, Isoleucine, and Threonine exhibited no consistent changes. On average, δ¹³CEAAs declined by 3.5‰ between 2000 and 2008, a magnitude far exceeding the Suess effect (~0.2‰ per decade), suggesting that oceanographic drivers beyond atmospheric forcing shaped the isotopic signal. Generalized additive models (GAMs) identified temperature, DIC, and Chl-a as the most important predictors, explaining up to 76% of isotopic variability. These results demonstrate that common dolphins are biological samplers of the ecosystem, integrating through their diet the isotopic signal of primary producers. δ¹³CEAAs values thus reflect the marine carbon cycle. Unlike traditional approaches, such as δ¹³C of particulate organic matter, which may be influenced by bacterial contributions, or δ¹⁵N of zooplankton, which reflects trophic-level effects, the δ¹³CEAAs in top predators offer a novel and more precise tool to trace changes in carbon fixation by the primary producers that support the food web where the predators forage. This thesis highlights the potential of isotopic analysis of essential amino acids in dolphin skin, sentinels of the ecosystem they inhabit, to understand the dynamics of the carbon cycle in response to high environmental variability.
Palabras clave: carbon fixation, predator, sentinel, environmental variability, isotopes