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Publication
The effect of anthropogenic noise as a source of acoustic stress in wild populations of Hippocampus guttulatus in the Ria Formosa
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Advisor(s)
Abstract(s)
When exposed to underwater noise disturbances, seahorses are reported to display
stress responses that affect their life-history, including slower growth, hear loss and
reproductive impairment. Prior to this study, most of these conclusions were inferred from
experiments held in captivity. The present study, was one of the first to be performed in
natural conditions and the first in the Ria Formosa. In this experiment, long snout
seahorse, Hippocampus guttulatus specimens were exposed to potential acoustic stress
factors in order to evaluate eventual physiological stress responses. Two different
underwater noises with different sound intensities were tested: transient motor boat sound
(63.4dB to 127.6dB) and constant sound produced by the motor boat anchored directly
above the animals, up to 137.1 dB. A total of 60 fish (49 valid observations) were
observed between 4 and 10 meters depth throughout a three minute period using a video
camera and a hydrophone set. A significant increase (p<0.05) in the respiratory rate was
observed in 87.8% of the observed fish. Opercular movements per minute (OMPM)
increased from 35,7±10 (control sample) to 41,2±15,5 in the first minute of observations,
to 45,5±13,3 in the second (both under transient sound) and to 49,7±12,5 in the third
(under constant sound exposure). Significant differences in means between the control
fish and fish observed during the second (p<0.01) and third minute of observation
(p<0.0001) were observed. Concordantly, a significant increase (p<0.05) in the OMPM
of fish observed in the 1st minute and the 3rd minute was noted. In addition to the OMPM
increase, 30.6% of the animals abandoned the observation location in an attempt to avoid
the negative sound stimuli. Based on the obtained information, results showed a clear
impact of underwater anthropogenic noise as a negative stress factor for the wild
populations of H. guttulatus in the Ria Formosa lagoon.
Os cavalos-marinhos são peixes de pequenas dimensões com uma morfologia particular (rápido crescimento, maturação precoce e tempos de geração curtos) que utilizam a sua cauda preênsil para se manterem agarrados a estruturas sésseis. Possuem elevada fidelidade a habitats preferenciais e baixa fecundidade. Devido á sua biologia e ecologia específicas, os cavalos-marinhos ocorrem principalmente em zonas costeiras de baixa profundidade, onde em muitos casos, o impacto antropogénico implica uma crescente degradação ambiental à qual estas espécies têm dificuldade em fazer face. Dada a sua sensibilidade às alterações de habitat, são consideradas espécies bandeira (flagship species) e por isso, representativas do habitat onde se incluem (e de outras espécies com quem o partilham), pelo que o seu estudo é de vital importância na salvaguarda da biodiversidade marinha. Cavalos-marinhos da espécie Hippocampus guttulatus são conhecidos por co-existir, juntamente com Hippocampus hipocampus na Ria Formosa, mas a partir de 2000 até agora, verificou-se uma grande redução de sua sustentabilidade na Ria, com uma redução na lagoa de 73% e 94% para o H. hipocampus e H. guttulatus, respectivamente, em menos de 10 anos. São vários os impactos antropogénicos que se julga poderem causar de forma directa ou indirecta, alterações no ecossistema da Ria Formosa, nos quais se incluem factores como a eutrofização, poluição, dragagens, captura acessória por artes de pesca (by-catch), destruição das pradarias marinhas e dos habitats preferenciais e poluição sonora aquática. Quando expostos a situações de poluição sonora subaquática, os cavalos-marinhos podem evidenciar respostas de stress que condicionam o seu bem-estar, incluindo, diminuição do crescimento, perda auditiva e complicações no processo reprodutivo. Estudos semelhantes em peixes e camarões apontam para taxas de crescimento mais lentas, taxa de mortalidade mais elevada, menor ingestão de alimentos, taxas de canibalismo mais elevadas, doenças, taxa de reprodução diminuída, consumos mais elevados de O2 e elevado número de excreções de NH3. No entanto, a maior parte destas conclusões resultam de estudos efectuados em cativeiro, sendo o presente um dos primeiros a ser realizado em condições naturais, e o primeiro na Ria Formosa. Neste estudo, espécimes de cavalo-marinho-de-focinho-comprido, Hippocampus guttulatus foram expostos a diferentes condições acústicas de forma a poder identificar quaisquer reacções fisiológicas a esse estímulo. Para tal, testaram-se dois tipos de som: de motor de barco em trânsito (entre 63.4 e 127.6dB) e desse mesmo motor em situação estática e contínua (até 137.1dB). Durante um período de três minutos (2 minutos para som transitório e 1 minuto para som constante) e utilizando um conjunto de câmara de vídeo e hidrofone, recolheu-se informação de 60 indivíduos (49 observações válidas: 46 H. guttulatus (29 machos e 17 fêmeas) e 3 H. hippocampus (2 machos e uma fêmea)) observados entre os 4 e os 10 metros de profundidade em dois locais de amostragem. Foram observadas, de facto, mudanças comportamentais pela parte dos cavalos, observou-se um aumento significativo (p<0.05) na taxa de respiração, facto que se verificou em 87.8% dos animais observados. O número de batimentos operculares por minuto (OMPM) dos cavalos-marinhos da espécie H. guttulatus aumentou de 35,7±10 (amostra no controlo) para 41,2±15,5 no primeiro minuto de observação, para 45,5±13,3 no segundo (ambos sob som em trânsito) e para 49,7±12,5 no terceiro minuto (sob exposição a som constante). Observaram-se igualmente, diferenças significativas entre os valores médios de OMPM dos peixes da amostra controlo e os observados durante o segundo minuto (p<0.01) e durante o terceiro minuto (p<0.0001) e um aumento significativo (p<0.05) nos OMPM de peixes observados durante o primeiro e o terceiro minuto. Para além disso, 30.6% dos peixes ficaram mais irrequietos e/ou abandonaram o local de observação numa tentativa de evitar o estímulo sonoro negativo. Observações de cavalos-marinhos no selvagem em condições de tráfego normal foram também realizadas num terceiro local de amostragem segundo os mesmos parâmetros, apenas com a ausência de som provocado. Após as observações, os vídeos foram analisados de maneira a quantificar os movimentos operculares, movimentos esses que foram posteriormente comparados às observações feitas no controlo. De 35,7±10 movimentos operculares por minuto observados no controlo para 45.6±10.1 dos animais no selvagem em condições de tráfico normal, foi verificado um aumento significativo (p<0.05) de 9.9 movimentos operculares por minuto (27.7%). Uma diferença na respiração entre machos e fêmeas foi também notada, com diferenças de 35.5±14.1 movimentos operculares por minuto nos machos para 44.3±15.4 nas fêmeas no primeiro minuto das passagens do barco, de 37.8±13.1 nas fêmeas para 49.2±13.1 nos machos no segundo minuto (ambas de som transitório) e finalmente de 45.3±12.3 nas fêmeas para 53.1±14.1 nos machos no terceiro minuto das observações correspondente ao som estático contante. Essas diferenças mostraram ser não significativas (p>0.05) e foram também observadas num ambiente controlado com uma diferença emmédia de 29.8±9.8movimentos operculares por minuto das fêmeas para 39.9±9.7 movimentos operculares dos machos, também elas não significativas (p>0.05). Registos sonoros foram também analisados utilizando o programa Audacity® para verificar diferenças ao nível de som perceptível entre o som produzido pelas transições do barco com o som constante e mesmo dentro das transições, quando o barco se encontrava mais afastado da bóia (lançada quando um animal era encontrado, indicando ao skipper para iniciar as transições) e de quando se encontrava mais perto. Médias de dB foram quantificadas e valores máximos e mínimos de médias (e de valores dentro de médias) foram quantificados para posterior elaboração de análises de frequência. Com base no observado, os resultados apontam para um claro impacto do barulho subaquático causado por fontes antropogénicas sob as populações selvagens de H. guttulatus na Ria Formosa. O presente plano de trabalho pretende avaliar este último factor e verificar se o ruído aquático de origem antropogénica, causado nomeadamente por motores de embarcações de diferente potência e calado constitui uma fonte de stress acústico para as populações selvagens de H. guttulatus, indutora de comportamentos atípicos para a espécie e que possa de alguma forma ter um impacto negativo na sua qualidade de vida. Se relevante, os resultados irão ser usados como ferramenta de gestão para prevenir este tipo de perturbação em áreas onde a espécie ainda ocorre em números significativos.
Os cavalos-marinhos são peixes de pequenas dimensões com uma morfologia particular (rápido crescimento, maturação precoce e tempos de geração curtos) que utilizam a sua cauda preênsil para se manterem agarrados a estruturas sésseis. Possuem elevada fidelidade a habitats preferenciais e baixa fecundidade. Devido á sua biologia e ecologia específicas, os cavalos-marinhos ocorrem principalmente em zonas costeiras de baixa profundidade, onde em muitos casos, o impacto antropogénico implica uma crescente degradação ambiental à qual estas espécies têm dificuldade em fazer face. Dada a sua sensibilidade às alterações de habitat, são consideradas espécies bandeira (flagship species) e por isso, representativas do habitat onde se incluem (e de outras espécies com quem o partilham), pelo que o seu estudo é de vital importância na salvaguarda da biodiversidade marinha. Cavalos-marinhos da espécie Hippocampus guttulatus são conhecidos por co-existir, juntamente com Hippocampus hipocampus na Ria Formosa, mas a partir de 2000 até agora, verificou-se uma grande redução de sua sustentabilidade na Ria, com uma redução na lagoa de 73% e 94% para o H. hipocampus e H. guttulatus, respectivamente, em menos de 10 anos. São vários os impactos antropogénicos que se julga poderem causar de forma directa ou indirecta, alterações no ecossistema da Ria Formosa, nos quais se incluem factores como a eutrofização, poluição, dragagens, captura acessória por artes de pesca (by-catch), destruição das pradarias marinhas e dos habitats preferenciais e poluição sonora aquática. Quando expostos a situações de poluição sonora subaquática, os cavalos-marinhos podem evidenciar respostas de stress que condicionam o seu bem-estar, incluindo, diminuição do crescimento, perda auditiva e complicações no processo reprodutivo. Estudos semelhantes em peixes e camarões apontam para taxas de crescimento mais lentas, taxa de mortalidade mais elevada, menor ingestão de alimentos, taxas de canibalismo mais elevadas, doenças, taxa de reprodução diminuída, consumos mais elevados de O2 e elevado número de excreções de NH3. No entanto, a maior parte destas conclusões resultam de estudos efectuados em cativeiro, sendo o presente um dos primeiros a ser realizado em condições naturais, e o primeiro na Ria Formosa. Neste estudo, espécimes de cavalo-marinho-de-focinho-comprido, Hippocampus guttulatus foram expostos a diferentes condições acústicas de forma a poder identificar quaisquer reacções fisiológicas a esse estímulo. Para tal, testaram-se dois tipos de som: de motor de barco em trânsito (entre 63.4 e 127.6dB) e desse mesmo motor em situação estática e contínua (até 137.1dB). Durante um período de três minutos (2 minutos para som transitório e 1 minuto para som constante) e utilizando um conjunto de câmara de vídeo e hidrofone, recolheu-se informação de 60 indivíduos (49 observações válidas: 46 H. guttulatus (29 machos e 17 fêmeas) e 3 H. hippocampus (2 machos e uma fêmea)) observados entre os 4 e os 10 metros de profundidade em dois locais de amostragem. Foram observadas, de facto, mudanças comportamentais pela parte dos cavalos, observou-se um aumento significativo (p<0.05) na taxa de respiração, facto que se verificou em 87.8% dos animais observados. O número de batimentos operculares por minuto (OMPM) dos cavalos-marinhos da espécie H. guttulatus aumentou de 35,7±10 (amostra no controlo) para 41,2±15,5 no primeiro minuto de observação, para 45,5±13,3 no segundo (ambos sob som em trânsito) e para 49,7±12,5 no terceiro minuto (sob exposição a som constante). Observaram-se igualmente, diferenças significativas entre os valores médios de OMPM dos peixes da amostra controlo e os observados durante o segundo minuto (p<0.01) e durante o terceiro minuto (p<0.0001) e um aumento significativo (p<0.05) nos OMPM de peixes observados durante o primeiro e o terceiro minuto. Para além disso, 30.6% dos peixes ficaram mais irrequietos e/ou abandonaram o local de observação numa tentativa de evitar o estímulo sonoro negativo. Observações de cavalos-marinhos no selvagem em condições de tráfego normal foram também realizadas num terceiro local de amostragem segundo os mesmos parâmetros, apenas com a ausência de som provocado. Após as observações, os vídeos foram analisados de maneira a quantificar os movimentos operculares, movimentos esses que foram posteriormente comparados às observações feitas no controlo. De 35,7±10 movimentos operculares por minuto observados no controlo para 45.6±10.1 dos animais no selvagem em condições de tráfico normal, foi verificado um aumento significativo (p<0.05) de 9.9 movimentos operculares por minuto (27.7%). Uma diferença na respiração entre machos e fêmeas foi também notada, com diferenças de 35.5±14.1 movimentos operculares por minuto nos machos para 44.3±15.4 nas fêmeas no primeiro minuto das passagens do barco, de 37.8±13.1 nas fêmeas para 49.2±13.1 nos machos no segundo minuto (ambas de som transitório) e finalmente de 45.3±12.3 nas fêmeas para 53.1±14.1 nos machos no terceiro minuto das observações correspondente ao som estático contante. Essas diferenças mostraram ser não significativas (p>0.05) e foram também observadas num ambiente controlado com uma diferença emmédia de 29.8±9.8movimentos operculares por minuto das fêmeas para 39.9±9.7 movimentos operculares dos machos, também elas não significativas (p>0.05). Registos sonoros foram também analisados utilizando o programa Audacity® para verificar diferenças ao nível de som perceptível entre o som produzido pelas transições do barco com o som constante e mesmo dentro das transições, quando o barco se encontrava mais afastado da bóia (lançada quando um animal era encontrado, indicando ao skipper para iniciar as transições) e de quando se encontrava mais perto. Médias de dB foram quantificadas e valores máximos e mínimos de médias (e de valores dentro de médias) foram quantificados para posterior elaboração de análises de frequência. Com base no observado, os resultados apontam para um claro impacto do barulho subaquático causado por fontes antropogénicas sob as populações selvagens de H. guttulatus na Ria Formosa. O presente plano de trabalho pretende avaliar este último factor e verificar se o ruído aquático de origem antropogénica, causado nomeadamente por motores de embarcações de diferente potência e calado constitui uma fonte de stress acústico para as populações selvagens de H. guttulatus, indutora de comportamentos atípicos para a espécie e que possa de alguma forma ter um impacto negativo na sua qualidade de vida. Se relevante, os resultados irão ser usados como ferramenta de gestão para prevenir este tipo de perturbação em áreas onde a espécie ainda ocorre em números significativos.
Description
Dissertação de mestrado, Biologia Marinha, Faculdade de Ciências e Tecnologia, Universidade do Algarve, 2016
Keywords
H. guttulatus Cavalo-marinho comportamento Stress acústico Respostas ao stress