Jagdverhalten eines einsamen Segelfisches Istiophorus platypterus und geschätzter Energiegewinn nach dem Beutefang

Scientific Reports Band 13, Artikelnummer: 1484 (2023) Diesen Artikel zitieren

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Das Nahrungssuchverhalten und die Interaktion mit Beute sind ein integraler Bestandteil der ökologischen Nische von Raubtieren, bei hochmobilen Tieren in der Meeresumwelt jedoch von Natur aus schwer zu beobachten. Schwertfische wurden als Energiespekulanten beschrieben, die viel Energie für die Nahrungssuche aufwenden und erwarten, die hohen Kosten durch periodisch hohe Energiegewinne auszugleichen. Die oberflächenbasierte Gruppenfütterung von Segelfischen, Istiophorus platypterus, wird häufig beobachtet. Es wird jedoch angenommen, dass Segelfische größtenteils einzeln lebende Raubtiere mit hohem Stoffwechselbedarf sind, was darauf hindeutet, dass die individuelle Nahrungssuche auch einen wichtigen Bestandteil der Interaktionen zwischen Raubtieren und Beutetieren darstellt. Hier verwenden wir Biologging-Daten und Videos, um das tägliche Aktivitätsniveau und das Futtersuchverhalten zu untersuchen, die Stoffwechselkosten abzuschätzen und ein einzelnes Raubtierereignis für einen 40 kg schweren Segelfisch zu dokumentieren. Wir schätzen eine mittlere aktive Stoffwechselrate von 218,9 ± 70,5 mgO2 kg−1 h−1, die während der Beutejagd auf 518,8 ± 586,3 mgO2 kg−1 h−1 anstieg. Unter der Annahme einer erfolgreichen Plünderung schätzen wir einen täglichen Nettoenergiegewinn von 2,4 MJ (5,1 MJ erworben, 2,7 MJ ausgegeben), was das Energiespekulantenmodell unterstützt. Während die Gruppenjagd möglicherweise eine häufige Aktivität von Segelfischen zur Energiebeschaffung ist, deuten unsere Berechnungen darauf hin, dass opportunistische individuelle Nahrungssuche eine Nettoenergierendite bietet, die zur Fitness dieser äußerst mobilen Raubtiere beiträgt.

Die Interaktion zwischen Raubtieren und Beutetieren ist ein Eckpfeiler der Ökologie, sie ist untrennbar mit der individuellen Fitness und der Populationsdynamik sowohl von Raubtieren als auch von Beutetieren verbunden und hängt letztendlich mit dem evolutionären Erfolg von Populationen zusammen1,2. Das Nahrungssucheverhalten sowie die mit der Nahrungssuche, Raubtierjagd und dem Verzehr verbundenen Energiegewinne und -verluste wirken sich direkt auf die Physiologie und das Verhalten aller Tiere aus2,3. Für viele große pelagische Meeresräuber haben die Seltenheit von Beobachtungen räuberischer Ereignisse und die Herausforderungen bei der Dokumentation des Jagdverhaltens unser Verständnis von Verhaltensstrategien, trophischen Beziehungen und damit verbundenen Energien in Meeresökosystemen behindert4.

Istiophoride Schwertfische (Marlins, Speerfische, Segelfische) sind für ihre einzigartige Morphologie, Kraft und ihr schnelles Raubtierpotenzial bekannt. Bei Segelfischen (Istiophorus platypterus), einem epipelagischen Raubtier, das weltweit in tropischen bis subtropischen Gewässern vorkommt5, ist das Gruppenjagdverhalten gut dokumentiert und beinhaltet, dass mehrere Individuen einen Schwarm Beutefische (z. B. Köderball) in Richtung Wasseroberfläche treiben. Einzelne Segelfische dringen in den Schwarm ein und schneiden ihren Schnabel seitlich auf, um ihre Beute zu betäuben/zu töten, um sie zu verzehren6,7,8. Diese Taktik wird durch morphologische Anpassungen erleichtert, darunter der Schnabel, eine stromlinienförmige Körperform, eine vergrößerte Rückenflosse, die den Segelfisch beim Aufschneiden des Schnabels stabilisiert, und eine Schwanzflosse mit einem hohen Streckungsverhältnis, die Geschwindigkeitsstöße von bis zu 8,8 ms ermöglicht 1 während der Bait-Ball-Interaktionen9.

Man geht jedoch davon aus, dass Segelfische außerhalb von Köderball-Jagdverbänden einzelgängerische Raubtiere sind. Aufgrund der Schwierigkeit, Segelfische in Gefangenschaft zu halten, wurde der Energiebedarf für Erwachsene nicht direkt gemessen [aber siehe 10]. Aufgrund verschiedener Lebensgeschichten und morphologischer Merkmale wird jedoch angenommen, dass Segelfische eine hohe Stoffwechselrate haben11,12,13. Daher müssen einzeln lebende Segelfische zusätzlich zur Köderballjagd wahrscheinlich auch Begegnungen mit Beute nutzen, um diese hohe Stoffwechselrate aufrechtzuerhalten. Aufgrund der schwer fassbaren pelagischen Lebensweise wurde das individuelle Jagdverhalten von Segelfischen jedoch nicht dokumentiert und die energetischen Zusammenhänge solcher Ereignisse wurden nicht untersucht. Kürzlich wurde beschrieben, dass Segelfische lateralisierte Raubtiere sind, die ihre Beute je nach Individuum lieber von einer Seite (rechts oder links) angreifen8. Es wird angenommen, dass sich dies durch Gruppenjagd entwickelt hat, bei der mehrere Segelfische abwechselnd einen Köderball angreifen und so verhindern, dass die Beute erfährt, von welcher Seite der Angriff kommen könnte8. Bei Eins-zu-Eins-Interaktionen zwischen Räubern und Beutetieren könnte die Lateralisierung jedoch kostspielig für den Jagderfolg des Räubers sein, da sie die Vorhersagbarkeit darüber erhöhen würde, von wo aus ein Angriff erfolgen wird14,15. Mangelnde Informationen über das Jagdverhalten und die Energetik solcher Ereignisse, die einen direkten Einfluss auf die ökologischen Interaktionen der Top-Raubtiere haben, führen zu einem begrenzten Verständnis ihrer Rolle in ozeanischen Ökosystemen und ihrer allgemeinen Fitness16.

Das Wissen über das tägliche Aktivitätsniveau und die Energiedynamik des Jagdverhaltens und der Nahrungssuche bei Schwertfischen und anderen wichtigen Meeresräubern wird unser Verständnis von Verhaltensänderungen verbessern, die mit sich ändernden Umweltbedingungen wie Erwärmung und Sauerstoffmangel einhergehen17. Da das Aktivitätsniveau einen großen Einfluss auf den Energiehaushalt eines Tieres hat, besteht ein Bedarf an Schätzungen des aktiven Stoffwechsels großer Wasserraubtiere, um zukünftige Energie- und Trophiemodelle zu informieren. Hier berichten wir mithilfe eines tiergestützten Datenloggers mit Video über die tägliche Aktivität eines einzelnen Segelfisches im östlichen tropischen Pazifik über einen Zeitraum von 24 Stunden. Wir beschreiben eine Beobachtung eines Futtersuchereignisses, die Lateralisierung der Schläge während des Ereignisses, und stellen diese Ereignisse in den breiteren Kontext der täglichen Aktivitäten dieser Person, um den täglichen energetischen Nettonutzen des Raubtierereignisses abzuschätzen.

Wir haben ein speziell entwickeltes Biologging-Tag-Paket mit integriertem Video verwendet, um eine hochauflösende 3D-Verfolgung zwischen einem einzelnen Segelfisch und einem einzelnen kleinen Thunfisch im offenen Wasser zu beschreiben. Dies ist das erste Mal, dass eine solche Interaktion dokumentiert wurde. Der Segelfisch wurde am 18. Oktober 2019 um 09:53 Uhr markiert und das Tag-Paket blieb 67 Stunden lang am Segelfisch befestigt. Allerdings beschränken sich die Analysen hier auf den 24-Stunden-Zeitraum, in dem das Raubtierereignis stattfand (19. Oktober–20. Oktober; ca. 14 Stunden nach der Markierung und ca. 9 Stunden nach der Erholung nach der Freilassung18), da dies mit dem Zeitraum der Videokamera zusammenfällt zeichnete bei Tageslicht auf (ein um 06:00 Uhr, aus um 18:00 Uhr, Sonnenaufgang bzw. Sonnenuntergang), was uns die Ermittlung der tatsächlichen Beschleunigungssignale ermöglichte. Biologging-Daten und begleitende Videos zeigen, wie der Segelfisch bei Tageslicht oszillierende Tauchgänge zwischen der Oberfläche und Tiefen von 40–50 m durchführt. Nachts wurden weniger Tauchgänge durchgeführt und die Segelfische blieben im Allgemeinen innerhalb der oberen 10–20 m der Wassersäule (Abb. 1a), was zu einer größeren Temperaturspanne tagsüber führte (Tag 20,9–27,9 °C; Nacht 26,5). –28,2 °C). Aufgrund der Temperaturabhängigkeit der geschätzten aktiven Stoffwechselrate (AMRE) führten die kühleren Temperaturen in der Tiefe zu einer verringerten AMRE während der Tagesstunden (212,9 ± 89,1 mgO2 kg−1 h−1) im Vergleich zur Nacht (224,7 ± 44,4 mgO2 kg−). 1 h−1). Darüber hinaus nimmt AMRE aufgrund der erhöhten Schwimmgeschwindigkeit beim Tauchen zunächst mit der Tiefe zu (Abb. 1b), bis die Thermokline im Tiefenbereich von 30–40 m erreicht wird. Ab diesem Zeitpunkt nimmt AMRE mit weiter zunehmender Tiefe ab (Abb. 1b, c). . Aufgrund der thermischen Trägheit von Fischen mit großem Körper (19,20,21) ist es jedoch möglich, dass der Körper des Segelfisches während der kurzen (14,7 ± 1,7 Minuten) Ausflüge unter die Thermokline Wärme speicherte und nicht auf Umgebungstemperatur abfiel. Daher kann es sein, dass die in der Tiefe berechnete Stoffwechselrate mit der hier durchgeführten Temperaturkorrektur unterschätzt wird. Wenn beispielsweise während des Tauchgangs, bei dem das Raubtierereignis stattfand (Abb. 1; Tabelle 1), angenommen wurde, dass die Körpertemperatur während des gesamten Tauchgangs der Oberflächentemperatur entspricht, würden die geschätzten Stoffwechselraten um 18 % ansteigen, verglichen mit der Temperatur entsprechend dem externen Temperaturmesswert des Tags korrigiert (Tabelle S2). Da jedoch der Großteil (> 90 %) der Zeit innerhalb der 24 Stunden oberhalb der Thermokline verbracht wurde, hat die Temperaturkorrektur nur geringe Auswirkungen auf die täglich berechnete AMRE und den anschließenden Energieaufwand (< 1 % Unterschied; Tabelle S3).

Tiefenverfolgung im Verlauf des 24-Stunden-Überwachungszeitraums in (a) und gruppierte Tiefendichtehistogramme der logarithmisch transformierten mittleren geschätzten aktiven Stoffwechselrate (AMRE; mgO2 kg−1 h−1) für Tag- und Nachtperioden in (b) und (c). In (a) gibt die Farbe der Tiefenspur die Geschwindigkeit (ms−1) an und die schattierten Bereiche stellen Nachtstunden dar. Der Tauchgang, bei dem das Raubtierereignis stattfand, ist mit einem Pfeil gekennzeichnet.

Der Segelfisch zeigte in der Nähe der Oberfläche eine stark verringerte Schwanzschlagaktivität und Schwimmgeschwindigkeit (≤ 0,25 ms−1; 0,14 Körperlängen [BL] s−1) (Abb. 1), was charakteristisch für das Sonnenverhalten von Schwertfischen und anderen istiophoriden Schwertfischen ist22,23 . Es wird angenommen, dass das Sonnenbad thermoregulierenden Zwecken dient23, aber auch dazu beitragen würde, den Energieaufwand der Schwertfische zu senken, was durch ihre Schwimmblasen erleichtert wird24. Tatsächlich führte das hier beobachtete Sonnenverhalten zu einer signifikanten Reduzierung der AMRE (186,6 ± 3,1 mgO2 kg−1 h−1; T37520 = − 158,3, p < 0,001) im Vergleich zu aktivem Schwimmverhalten mit starken und anhaltenden Schwanzschlägen während Tauchgängen (261,1). ± 91,1 mgO2 kg−1 h−1; mittlere Schwimmgeschwindigkeit 0,56 ± 0,2 ms−1; 0,3 ± 0,1 BL s−1).

Der Tauchgang, bei dem das Raubtierereignis stattfand, fand ungefähr 31 Stunden nach Beginn der 67 Stunden statt, in denen das Tag-Paket am Segelfisch befestigt blieb (Abb. 2a). Am 19. Oktober 2019 um 16:15 Uhr tauchte der Segelfisch von der Oberfläche bis zu einer Tiefe von 62,4 m mit einer mittleren (± SD) Vertikalgeschwindigkeit (VV) von 0,24 ± 0,21 ms−1 ab, wo er kurze Zeit blieb, bevor er aufstieg ~ 40 m (Abb. 2b). Während des Aufstiegs sind im Video mehrere mögliche Beutetiere zu sehen (Abb. 2c), und es kam zu einem kurzen Anstieg der Geschwindigkeit und der Tailbeat-Frequenz (TBF), bevor sich die Tiefe des Fisches für etwa 2 Minuten einpendelte. Der Fisch tauchte dann erneut auf 57,5 m ab, wo das sichtbare Licht fast vollständig gedämpft wurde (Abb. 2d), und es kam zu einer Änderung des Fortbewegungsmodus von langsamem und gleichmäßigem Schwimmen zu schnellen und kräftigen Schwanzschlägen, wodurch ein schneller Aufstieg begann (VV = 1,3 ± 0,43 ms). −1), mit Geschwindigkeiten von bis zu 3,1 ms−1 (1,7 BL s−1) und einer Körperneigung von 54,6 ± 16,1° (maximal 77,6°; Abb. 2b). Es ist zu beachten, dass aufgrund des schnellen Aufstiegs die Temperaturanzeige des Tags hinter der tatsächlichen Umgebungstemperatur zurückblieb (z. B. Temperatur beim Abstieg im Vergleich zur Temperatur beim Aufstieg; Abb. 2b). Zusammenfassende Statistiken für den Tauchgang, bei dem das Raubtierereignis stattfand, werden mit allen anderen Tagestauchgängen verglichen (Tabelle 1).

Segelfischaktivität vor, während und nach dem Raubtierereignis. (a) Am Segelfisch befestigtes Biologging-Schwimmerpaket. (b) Tiefe, Temperatur, Tailbeats (°sec−1), Geschwindigkeit (ms−1), Tailbeat-Frequenz (TBF; Hz), Vertikalgeschwindigkeit (ms−1) und Körperneigungswinkel (°) des Tauchgangs, bei dem die Ereignis eingetreten ist. Der mit jedem Bild verbundene Zeitpunkt und die Tiefe (c–f) werden durch Kreise im Tiefenprofil in (b) gekennzeichnet. (c) Der Segelfisch steigt aus 60 m Höhe auf und trifft auf mehrere potenzielle Beutetiere, rot umrandet. (d) Das verfügbare Licht ist in dieser Tiefe besonders gering und nimmt mit der Tiefe schnell ab, bis es fast kein Licht mehr hat. (e) Erste Beobachtung der Beute. (f) Beute versucht möglicherweise, sich vor dem Segelfisch zu „verstecken“, indem sie während der Verfolgung sehr nahe an ihm vorbeischwimmt.

Die Beute, die während des Raubtierereignisses verfolgt wurde, wurde im Video erstmals sichtbar, als der Segelfisch die Oberfläche erreichte (Abb. 2e). Der Segelfisch unternahm mehrere Versuche, die Beute zu fangen, wobei er oft die Wasseroberfläche durchbrach (Zusatzvideo). Aus dem Video ging hervor, dass es sich bei der Beute offenbar um eine Fregatte oder einen Kugelthunfisch (Auxis thazard brachydorax oder A. rochei eudorax) handelte, die beide in der Region häufig vorkommen und als Segelfischbeute bekannt sind5,25. Während des schnellen Aufstiegs und an der Oberfläche blieben TBF und Schwimmgeschwindigkeit hoch (1,6 ± 0,7 Hz bzw. 1,7 ± 0,84 ms−1, Maximum 2,92 ms−1). An der Oberfläche kam es häufig zu Kurswechseln und der Thunfisch tauchte mehrmals im Video auf (Abb. 2b; Abb. 3d; Zusatzvideo). An einem Punkt zeigte der Thunfisch ein Anti-Raubtier-Verhalten, vermutlich um sich zu „verstecken“, indem er ganz nah am Segelfisch vor der Videokamera entlang seiner rechten Flanke und aus seinem peripheren Sichtfeld heraus schwamm (Abb. 2f; Zusatzvideo). Ungefähr 60 Sekunden nach dem ersten Erscheinen des Thunfischs vor der Kamera deuten die Video- und Biologging-Daten darauf hin, dass der Segelfisch den Thunfisch gefangen oder die Verfolgung beendet hat (Abb. 2b). Da sich das Maul des Segelfisches nicht im Sichtfeld der Kamera befand, ist es ungewiss, ob der Futtersuchversuch erfolgreich war; Allerdings wurde der Thunfisch zuletzt direkt vor dem Segelfisch gesichtet, unmittelbar gefolgt von einem Kopfschütteln (häufig charakteristisch für das Schlucken/Beutemanipulation beim Flachtauchen) und der Wiederaufnahme des langsamen, gleichmäßigen Schwimmens durch den Segelfisch, was darauf hindeutet, dass es erfolgreich war (Abb. 2b; ergänzend). Video).

Rekonstruierter Track des Tauchgangs, bei dem das Raubtierereignis stattfand, gefärbt durch die geschätzte aktive Stoffwechselrate (AMRE; mgO2 kg−1 h−1). (a) und (b) zeigen verschiedene Perspektiven des Tiefenprofils und damit verbundene Richtungsänderungen, während (c) und (d) Draufsichten sind, wobei (d) auf den Verfolgungsabschnitt an der Oberfläche vergrößert ist. Die in (d) angezeigten Zahlen stellen die ungefähre Position der aufeinanderfolgenden Erfassungsversuche dar, die in Abb. 4 dargestellt und im Zusatzvideo zu sehen sind. Segelfisch-Silhouetten zeigen die Fahrtrichtung an.

Während des 24-stündigen Überwachungszeitraums betrug die mittlere geschätzte aktive Stoffwechselrate (AMRE; mgO2 kg−1 h−1) des Segelfisches für den Median, das 25. und 75. Perzentil aller 10.000 Iterationen 218,9 ± 70,5, 156,6 ± 48,4 und 307 ± 102,9 mgO2 kg−1 h−1 (Tabelle 2, Abbildung S5). Unter Verwendung der mittleren Iteration betrug der mittlere AMRE während des Tauchgangs, bei dem das Raubtier auftrat, 518,8 ± 586,3 (IQR 361,2–748,5) mgO2 kg−1 h−1 (Abb. 3). Aus dieser mittleren Iteration schätzen wir, dass im Laufe des Tages 2,7 MJ (IQR 1,9–3,8 MJ) Energie verbraucht wurden, während während der Verfolgung nur 1 % (0,04 MJ) verbraucht wurde (Tabelle 2). Der geschätzte Energiegehalt des Thunfischs betrug 5,1 MJ [berechnet aus 26], und unter der Annahme eines erfolgreichen Raubtierausgangs führte diese Begegnung zu einem Nettoenergiegewinn von 2,4 MJ (IQR 1,3–3,2 MJ). Wenn diese Raubjagd jedoch erfolglos blieb, betrugen die Kosten für diese Verfolgung nur 1 % des Energieaufwands für den Tag. Für einen Segelfisch dieser Größe entspricht dieser tägliche Energieaufwand dem erforderlichen Verbrauch von ~ 0,5 Thunfisch pro Tag, um die täglichen Stoffwechselkosten aufrechtzuerhalten, die für den mittleren AMRE (218,9 mgO2 kg-1 h-1) geschätzt werden; siehe Abschnitt 3 der ergänzenden Methoden Einzelheiten zur Berechnung).

Wir beobachteten bei diesem einzelnen Segelfisch die Bereitschaft, die Beute von beiden Seiten anzugreifen. Das abwechselnde Muster von positiv, negativ, positiv, negativ (Abb. 4a–d) in den Rotationsgraden s−1 unmittelbar vor und während jedes Schlags lässt darauf schließen, dass der Segelfisch bei jedem aufeinanderfolgenden Schlag von verschiedenen Seiten der Beute angegriffen hat. Dieses Verhalten steht im Gegensatz zu Kurvers et al.8, die herausfanden, dass bei Köderball-Jagdansammlungen mit mehreren Segelfischen einzelne Segelfische stark lateralisiert waren und dazu neigten, jedes Mal, wenn sie in den Köderball eindrangen, von der gleichen Seite zuzuschlagen. Der Angriff von verschiedenen Seiten nacheinander ist ein neuartiges Ergebnis für Segelfische und deutet auf Verhaltensplastizität in verschiedenen Jagdszenarien hin (z. B. Gruppen- oder Einzeljagd). In Einzeljagdsituationen, in denen sich weder das Raubtier noch die Beute in einer Gruppe befinden, wäre es für das Raubtier von Vorteil, eine Lateralisierung zu vermeiden, da die Beute schnell alle Tendenzen des Raubtiers erlernen kann8,34.

Vergrößert Teile (4 s) des Schwanzschlags (°Rotation s−1), der Geschwindigkeit (ms−1) und der Tiefe (m) der vier verschiedenen Fangversuche (bzw. a–d) während der Eins-gegen-Eins-Verfolgung (siehe Zusatzvideo).

Ein bemerkenswertes Ergebnis war die relativ niedrige Maximalgeschwindigkeit, die der Segelfisch bei der Begegnung mit der Beute erreichte (3,1 ms−1). Es wird angenommen, dass Segelfische zu den am schnellsten schwimmenden Fischen gehören.24,27 Jüngste Schätzungen deuten auf Höchstgeschwindigkeiten von 8,2–8,3 ± 1,4 ms hin −19,28 und es ist zu erwarten, dass es sich bei den Interaktionen zwischen Raubtieren und Beutetieren um Ereignisse handelt, bei denen beide Raubtiere Höchstgeschwindigkeiten aufweisen und Beute9. Da es jedoch die Beute ist, die die Geschwindigkeit, den Zeitpunkt von Beschleunigungen, Verzögerungen und Wendungen bestimmt, reagiert das Raubtier entweder darauf oder sagt voraus, was die Beute tun wird, um das Abfangen und Einfangen der Flugbahn zu ermöglichen, was dazu führt, dass das Raubtier bei der Verfolgung niedrigere als die maximale Geschwindigkeit hat29 . Darüber hinaus sagen theoretische Modelle voraus, dass, wenn die Beute langsamer ist als ihre Räuber, wie es hier der Fall ist30, die Beute dem Räuber ausweichen sollte, indem sie sich umdreht, anstatt zu versuchen, den Abstand zu vergrößern, indem sie sich so schnell wie möglich fortbewegt29. Beispielsweise haben Wilson et al.29 gezeigt, dass ein Beutetier, das sich so schnell wie möglich bewegt, nicht vorwärts beschleunigen kann und sich entweder umdrehen oder geradeaus weitermachen muss, wodurch seine Bewegungen vorhersehbarer und abfangbarer werden als bei einer sich langsam bewegenden Beute, die mehr hat Fluchtmöglichkeiten (beschleunigen, verlangsamen, wenden) und sind daher weniger vorhersehbar. Daher vermeiden Segelfische und ihre Beute bei Einzelbegegnungen im offenen Wasser wahrscheinlich Höchstgeschwindigkeiten31. Darüber hinaus wurde in früheren Studien festgestellt, dass Lauf- und Vogelräuber in den Augenblicken vor einem Angriff langsamer werden, um die Manövrierfähigkeit zu erhöhen, wenn sie sich in unmittelbarer Nähe zur Beute befinden 29,32,33, was auch hier beobachtet wurde (Abb. 4e–h). Darüber hinaus können morphologische Anpassungen von Segelfischen (d. h. der Schnabel) schneller durch das Wasser bewegt werden als der gesamte Körper9, was es Segelfischen möglicherweise ermöglicht, sich bei Einzeljagden auf diese morphologischen „Waffen“ statt auf Geschwindigkeit zu verlassen, um den Fang zu steigern Erfolgsquoten. Wir beobachteten auch eine Tendenz des Segelfisches, sich der Beute bei jedem Fangversuch von unten zu nähern (Abb. 4i – l).

Die direkte Beobachtung natürlicher Prädationsereignisse durch Meeresräuber ist selten35,36, insbesondere bei pelagischen Fischräubern, wo die visuelle Beobachtung schwierig ist, die Beute spärlich ist und die Fressraten im Vergleich zu denen von Meeressäugern und Seevögeln niedrig sind36. Für das hier vorgestellte Raubtierereignis, basierend auf den Aufnahmen potenzieller Beutetiere in der Nähe der Thermokline (Abb. 2c; Zusatzvideo), dem beobachteten Anstieg der Geschwindigkeit und der TBF unmittelbar vor dem schnellen Aufstieg (Abb. 2b; 3a) und dem Da die Tauchzeit kürzer als die durchschnittliche Zeit war (Tabelle 1), gehen wir davon aus, dass die Beute in der Tiefe angetroffen und an die Oberfläche gejagt wurde6. Angesichts der flachen Thermokline und der gleichzeitig auftretenden Oxykline im östlichen tropischen Pazifik37 und des Potenzials dieser Merkmale zur Konzentration von Beute38,39,40 nehmen wir an, dass Oszillationstauchgänge in der gemischten Schicht Tauchgänge zur Beutesuche sind, um die Möglichkeiten zur Nahrungssuche zu erhöhen41. Aufgrund ihrer einzigartigen metabolischen Biochemie, die für das Leben im offenen Ozean geeignet ist, werden Thunfische und Schwertfische seit langem als Energiespekulanten beschrieben, die auf eine hohe und kontinuierliche Energieproduktion setzen und erwarten, die Kosten durch periodische Ereignisse mit hohem Energiegewinn auszugleichen42,43,44. Der geschätzte Energiegewinn von 2,4 MJ, der sich aus der Beutebegegnung in dem hier beschriebenen 24-Stunden-Zeitraum ergibt, steht im Einklang mit dem Energiespekulationsverhalten, deutet aber auch darauf hin, dass dieser Segelfisch regelmäßig nach energiereichen Beutetieren suchen müsste, um seinen Stoffwechselbedarf zu decken. Da die Videokamera nur die Tageslichtstunden des hier analysierten 24-Stunden-Zeitraums aufzeichnete, können wir nicht sagen, ob im weiteren Verlauf der Strecke weitere Fressereignisse auftraten. In den Beschleunigungsdaten wurden jedoch zwei weitere ähnliche Aktivitätsausbrüche am folgenden Tag identifiziert, bevor sich die Markierung vom Fisch löste. Daher kann die Energie, die aus einzelnen Nahrungssuchen wie den hier beschriebenen gewonnen wird, eine wichtige Energiequelle für den routinemäßigen Energiebedarf dieser Menschen mit hoher Stoffwechselleistung zwischen opportunistischen, großen Energiegewinnungs- und Gruppenjagd-Köderball-Sammeljagden sein, bei denen mehrere Beutetiere verzehrt werden können eine kurze Zeitspanne.

Dieser Biologger-Einsatz lieferte von Tieren übertragene Video-, triaxiale Beschleunigungs-, Gyroskop- und Magnetometerdaten sowie Tiefen-, Temperatur- und Geschwindigkeitsdaten eines seltenen Raubtierereignisses sowie einen gesamten 24-Stunden-Zeitraum mit Verhaltens- und Aktivitätsdaten, die ein einzigartiges Ergebnis liefern -artiger Datensatz für dieses Top-Raubtier. Wir haben einen Wertebereich geschätzt, in dem die aktive Stoffwechselrate dieses Segelfisches wahrscheinlich auftrat (IQR 156 ± 48 bis 307 ± 102, Median 219 ± 70; mgO2 kg−1 h−1 bei 0,21 ± 0,1 BLs−1; Tabelle 2) und Flüchtige interspezifische Vergleiche deuten darauf hin, dass unsere Schätzungen der Stoffwechselrate im Bereich der erwarteten Werte liegen45,46,47,48. Es sollte jedoch beachtet werden, dass die hier dargestellten Schätzungen wahrscheinlich eine Unterschätzung darstellen, da Goldmakrelen als Stellvertreterarten verwendet wurden und sie keine kraniale Endothermie aufweisen, wie dies bei Segelfischen der Fall ist. Darüber hinaus basieren die hier vorgestellten Messungen auf einem einzelnen Segelfisch, und individuelle Schwankungen im Tauchverhalten würden sich auf die geschätzten Stoffwechselkosten auswirken. Zweifellos werden die Schätzungen der Stoffwechselrate mit der Entwicklung neuer Methoden zur direkten Quantifizierung des Sauerstoffverbrauchs großer Fische [z. B. 48] genauer und ermöglichen Schätzungen für zusätzliche physiologische Messungen, wie z. B. den aeroben Umfang und die Transportkosten. Wir liefern jedoch die erste detaillierte Beschreibung des Aktivitätsniveaus und des Jagdverhaltens eines einzelnen freilebenden Segelfisches und schätzen die Energetik eines seltenen Raubtierereignisses ab. Diese Schätzungen deuten darauf hin, dass die Energiegewinne durch dieses Raubtierereignis im Vergleich zu dem, was während der Verfolgung aufgewendet wurde, zwar erheblich waren, die Menge an Energie, die bei der Suche nach Beute im Laufe des Tages und der Nacht verbrannt wurde, jedoch beträchtlich war. Bis Methoden zur direkten Quantifizierung der Stoffwechselkosten großer pelagischer Raubtiere entwickelt sind, könnte der von uns gewählte Ansatz als Ausgangspunkt für zukünftige energetische und trophische Modelle dienen und unser Verständnis der Rolle dieser pelagischen Raubtiere in unseren Ozeanen verbessern.

Der Segelfisch (von einem erfahrenen Kapitän auf 40 kg geschätzt und von Wares und Sakagawa50 auf 1,85 m berechnet) wurde mit Angelrute und Rolle von einem Sportfischerschiff mit Standard-Trolling-Ausrüstung und Naturköder vor der Pazifikküste im Südosten Panamas gefangen ( 7,53 N, 78,53 W). Der Fisch wurde neben das Schiff gebracht und ein maßgeschneidertes Biologging-Tag-Paket wurde mit zwei Schirmpfeilankern an der Rückenmuskulatur befestigt (Abb. 1). Sobald beide Anker sicher im Muskel verankert waren, wurde das Etikett mit zwei galvanischen zeitgesteuerten Auslösern (International Fishing Devices Inc., Northland, Neuseeland) und einem Kabelbinder am Körper befestigt. Vom Haken bis zum Freilassen vergingen nur 6 Minuten. Das Tag bestand aus einem Beschleunigungsdatenlogger (dreiachsiger Beschleunigungsmesser, Magnetometer und Gyroskop, der mit 100 Hz aufzeichnet), Tiefen- und Temperatursensoren und einem kleinen, auf einer Turbine basierenden Flüssigkeitsgeschwindigkeitssensor, der mit 1 Hz aufzeichnet (OpenTag 3.0, Loggerhead Instruments, Sarasota, FL; siehe ergänzende Daten zur Schwimmgeschwindigkeitskalibrierung; Abbildung S1, S2). Schließlich enthielt das Tag-Paket eine miniaturisierte Videokamera (68 mm × 21 mm × 22 mm; Little Leonardo, Tokio, Japan) und ein Smart Position and Temperature-Tag (SPOT-363A; Wildlife Computers, Redland WA), um die Wiederherstellung des Pakets zu unterstützen . Das gesamte Tag-Paket war an der Vorderkante 18 × 7 cm groß und vergrößerte sich an der Hinterkante auf 18 × 10,5 cm. Das Gewicht in der Luft betrug 335 g (~ 0,8 % des Körpergewichts des Segelfischs; 4–10 % der vorderen Querschnittsfläche). des Segelfisches; siehe ergänzende Methoden für den geschätzten Widerstand). Nach Auflösung der galvanischen zeitgesteuerten Freisetzung wurde das Paket vom Fisch gelöst und mit einem UHF-Handempfänger (AOR AR8200, USA) auf See geborgen.

Die Daten wurden mit Igor Pro v. 8.0.4.2 (Wavemetrics, Inc., Lake Oswego, OR, USA) und RStudio v. 1.4.110651 analysiert. Die statische Beschleunigungskomponente wurde unter Verwendung eines 3-s-Boxglättungsfensters für die rohen Beschleunigungsdaten berechnet, da dies visuell ermittelt wurde, um die dynamische Beschleunigungskomponente ausreichend zu entfernen52. Der Tag-Befestigungswinkel wurde korrigiert, indem die rohen Beschleunigungsdaten so gedreht wurden, dass die X- und Y-Achse einen Mittelwert von Null hatten. Anschließend wurde die Körperneigung aus der Vorder-Hinter-Achse der statischen Beschleunigungskomponente berechnet. Die Querachse des Gyroskops wurde verwendet, um die Richtung der Schläge während des Raubtierereignisses zu bestimmen und die Tailbeat-Frequenz mithilfe einer kontinuierlichen Wavelet-Transformation zu berechnen35,53. Schließlich wurden aus den Magnetometerdaten mithilfe der magHead-Funktion im gRumble R-Paket54 ein Kompasskurs und eine rekonstruierte Spur generiert.

Um die aktive Stoffwechselrate und den Energieverbrauch des Segelfisches abzuschätzen, verwendeten wir die Beziehung zwischen Sauerstoffverbrauch und Schwimmgeschwindigkeit für erwachsene Goldmakrelen (Coryphaena hippurus)55, mit der Annahme, dass diese Beziehung über die gesamte Fischlänge konsistent ist56,57. Siehe Abschn. Auf Seite 2 des Zusatzmaterials finden Sie eine detaillierte Beschreibung, warum Goldmakrele als Ersatzart ausgewählt wurde, sowie eine weitere Beschreibung der Berechnungen der Stoffwechselrate. Der Sauerstoffverbrauch (MO2; mgO2 kg−1 h−1) wurde mithilfe der Gleichung log(MO2) = [cU + log(d)] geschätzt, wobei c und d die Steigung und der Achsenabschnitt der logarithmischen Regression sind und U die ist Schwimmgeschwindigkeit des Segelfisches (BLs−1; Abbildung S3). MO2 wurde kontinuierlich für jede Geschwindigkeitsmessung über 24 Stunden hinweg aus den Segelfisch-Tag-Daten berechnet, und dann haben wir den inversen Logarithmus von MO2 genommen und die Masse des Goldmakrelens (MD) in 55 korrigiert, um VO2 (mgO2 h−1) zu erhalten. Der Sauerstoffverbrauch für den 40 kg schweren Segelfisch wurde dann anhand der Gleichung berechnet:

Dabei ist AMRE die geschätzte aktive Stoffwechselrate (mgO2 h−1), VO2 der Sauerstoffverbrauch bei jeder Schwimmgeschwindigkeit, b der Massenskalierungsexponent und MS die Segelfischmasse (kg). AMRE wurde mit einem Q10 von 1,83 58,59 temperaturkorrigiert und anhand der geschätzten Masse des Segelfischs massenspezifisch gemacht (weitere Einzelheiten siehe Abschnitt 2 der Zusatzinformationen).

Da für die Berechnung eine Proxy-Art verwendet wurde, haben wir Variationen in den Parameterschätzungen von b, c, d und MD mit einem iterativen Ansatz (10.000 Iterationen) und zufällig ausgewählten Werten für diese Parameter aus Normalverteilungen mit gleichen Mittelwerten und Standardabweichungen berücksichtigt auf veröffentlichte Werte, sofern verfügbar (Tabelle S1, Abbildung S4). Als AMRE wurde der Median aller Iterationen verwendet, wobei der Interquartilbereich (IQR) zur Darstellung eines Bereichs möglicher AMRE-Werte verwendet wurde (Abbildung S5). Die Schwimmgeschwindigkeit der Segelfische (ms−1) wurde in BL s−1 umgerechnet, nachdem die Länge anhand zuvor veröffentlichter Längen-Masse-Beziehungen geschätzt wurde50. Um den Energieverbrauch des Tages und das Raubtierereignis zu berechnen, verwendeten wir einen Oxykalorikkoeffizienten von 0,013 kJ mgO2−1 60 und 8,03 kJ g−1 Nassgewicht für Auxis spp. Energiegehalt26. Die Beutemasse von 635 g wurde für einen 35 cm langen Thunfisch unter Verwendung der Länge-Gewichts-Beziehung für A. thazard 61 geschätzt.

Der Segelfisch wurde mit Genehmigung des Ministerio de Ambiente, República de Panamá (SE/A-64-19) markiert. Alle Verfahren wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee der Nova Southeastern University genehmigt (2019.04.MS1). Alle Methoden wurden in Übereinstimmung mit den relevanten Richtlinien und Vorschriften durchgeführt. Die Studie wird gemäß den ARRIVE-Richtlinien berichtet.

Der Datensatz ist verfügbar und wird nach Annahme im Dryad-Datenrepository DOI https://doi.org/10.5061/dryad.vdncjsxzb veröffentlicht. Für Peer-Reviews kann auf den verfügbaren Datensatz hier zugegriffen werden: https://datadryad.org/stash/share/Pa6OgGCg09sQvgkypSLs6Bc_AeNlUalD4uxMlqNqA0Q.

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Wir danken T. Plum, R. Andrews und der Compass Rose-Crew sowie den Mitarbeitern, Kapitänen und Kameraden der Tropic Star Lodge für ihre Unterstützung während der Feldarbeit, J. Stieglitz für die Hilfe bei der Kalibrierung der Durchflusstankgeschwindigkeit und N. Wegner für die Methodik Beratung.

Die Finanzierung erfolgte durch die Guy Harvey Ocean Foundation, GHOF 2019, das Gallo-Dubois-Stipendium, das Fish Florida-Stipendium, die Batchelor Foundation und die Nova Southeastern University.

Guy Harvey Research Institute, Nova Southeastern University, Dania Beach, FL, USA

Ryan K. Logan, Jeremy J. Vaudo, Bradley M. Wetherbee und Mahmood S. Shivji

Abteilung für Biowissenschaften, Florida International University, North Miami, FL, USA

Sarah M. Luongo

Abteilung für Biowissenschaften, University of Rhode Island, Kingston, Rhode Island, USA

Bradley M. Wetherbee

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RKL: Konzeptualisierung, Methodik, formale Analyse, Schreiben – Originalentwurf, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung, Visualisierung; SML: Formale Analyse, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung; JJV: Schreiben – Überprüfen und Bearbeiten; BMW: Schreiben – Rezension und Bearbeitung; MSS: Projektverwaltung, Finanzierungsbeschaffung, Schreiben – Überprüfung und Bearbeitung.

Korrespondenz mit Ryan K. Logan.

Die Autoren geben an, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Springer Nature bleibt neutral hinsichtlich der Zuständigkeitsansprüche in veröffentlichten Karten und institutionellen Zugehörigkeiten.

Ergänzendes Video S1.

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Nachdrucke und Genehmigungen

Logan, RK, Luongo, SM, Vaudo, JJ et al. Jagdverhalten eines einsamen Segelfisches Istiophorus platypterus und geschätzter Energiegewinn nach dem Beutefang. Sci Rep 13, 1484 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-28748-0

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Eingegangen: 12. Oktober 2022

Angenommen: 24. Januar 2023

Veröffentlicht: 27. Januar 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-023-28748-0

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