Fish communities critically depend on forest subsidies in small neotropical streams with high biodiversity value. (22nd April 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: Roussel, Jean‐Marc; Covain, Raphael; Vigouroux, Regis; Allard, Luc; Treguier, Anne; Papa, Yvan; Le Bail, Pierre‐Yves
• Is Part Of: Biotropica. Volume 53:Number 4(2021)
• Page Start: 1096
• Page End: 1108
• Publication Date: 2021-04-22
• Subjects: forest streams -- French Guiana. -- freshwater fish -- headwater streams -- molecular phylogeny -- Stable isotopes -- terrestrial subsidies -- terrestrial‐aquatic linkage; Biotic communities -- Tropics -- Periodicals; Applied ecology -- Tropics -- Periodicals; Biology -- Tropics -- Periodicals; 577.80913
• DOI: 10.1111/btp.12949
• Languages: English
• ISSNs: 0006-3606

Abstract

Abstract: Trophic support of species‐rich tropical fish communities remains uncertain in small forest streams where dense and constant canopy cover strongly limits the solar radiation available to aquatic producers. We sampled >1300 fish from 80 species in 14 remote headwater streams during the dry season in French Guiana. Carbon and nitrogen stable isotope analyses and mixing models were run to estimate the trophic position (TP) of each species and its dependence on terrestrial organic carbon sources. Matching patterns were found between nitrogen stable isotope ratios and the literature on diets of species at the base and top of the food web. Nearly 60% of the species fed exclusively on animal prey (mean TP >3), including piscivorous and parasitic fish species. Phylogenetic analysis revealed that TP were distributed broadly along the phylogeny and changed gradually within lineages. Carbon stable isotope ratios differed strongly between herbivores that fed on aquatic primary producers and those that fed on terrestrial plants along banksides. Terrestrial carbon was dominant in nearly 90% of species, and most of them depended more or less exclusively on terrestrial carbon. Ancestral state reconstructions indicated that only a few lineages showed local changes toward the consumption of algal carbon. We conclude that fish in neotropical headwater streams shaded by a dense tree canopy depend strongly on terrestrial subsidies. Changes in this aquatic‐terrestrial linkage would have major consequences for the remarkable fish biodiversity in these streams. Abstract in French is available with online material. Abstract : Stables isotopes analyses, phylogenetic analyses and literature on diet were combined to study the trophic ecology of 80 fish species in neotropical headwater streams. We found that terrestrial carbon was dominant in 90% of species, most of them depending more or less exclusively on terrestrial carbon. We conclude that fish communities in small neotropical streams shaded by a dense tree canopy depend strongly on forest subsidies. FRENCH ABSTRACT: La contribution majoritaire du carbone algal aux réseaux trophiques d'eau douce a été démontrée, même dans la partie amont des bassins versants où les apports de carbone terrestre sont substantiels. Ces apports terrestres proviennent principalement de lignocellulose, une source de nourriture que les consommateurs n'assimilent pas bien sous les climats tempérés, contrairement aux algues de haute qualité nutritive. La prédominance de l'apport algal reste en questionnement dans les petits cours d'eau en forêt tropicale, qui diffèrent entre autre par un couvert forestier dense et constant limitant fortement le rayonnement solaire disponible pour les producteurs aquatiques, par les essences végétales elles même, et par les caractéristiques physicochimiques du sol et de l'eau. Nous avons étudié l'écologie trophique de 80 espèces de poissons (> 1300 individus) issues de 14 ruisseaux pauvres en nutriments dans un contexte de forêt tropicale préservée en Guyane Française. Nous avons rassemblé des informations sur leur alimentation, puis combiné ces connaissances avec l'analyse des isotopes stables C et N dans leur muscle et dans une variété d'aliments potentiels, aquatiques et terrestres. Nous avons calculé leur position trophique et leur dépendance vis‐à‐vis des sources de C terrestres ou aquatiques. Nos résultats montrent des profils trophiques concomitants entre les isotopes stables de l'azote et la littérature sur les régimes alimentaires des espèces à la base et au sommet du réseau trophique, validant la pertinence d'une telle approche combinée pour ces communautés de poissons. Nous constatons qu'une majorité des espèces (60%) se nourrit de proies animales, y compris des poissons strictement piscivores. Une grande majorité (près de 90%) dépend principalement de sources alimentaires terrestres (>50% de C terrestre dans leurs tissus), et 65% en dépendrait plus ou moins exclusivement (>75% de C terrestre). Leurs niveaux trophiques sont très variables, depuis l'herbivorie ( Myloplus ternetzi ) jusqu'à l'ichtyoparasitisme ( Ituglanis nebulosus ). Seules 9 espèces sont plus fortement liées aux sources de C aquatique, et elles ont majoritairement un niveau trophique bas ( Farlowella reticulata, Cyphocharax helleri, Ancistrus temminckii, Ancistrus aff. hoplogenys, Satanoperca rhynchitis and Ancistrus cf. leucostictus ). Ces traits trophiques ont été utilisés dans une analyse phylogénétique pour tester leur pertinence évolutive. Ceci révèle que les positions trophiques sont largement réparties le long de la phylogénie et changent progressivement au sein des lignées. Les reconstructions d'états ancestraux indiquent toutefois que quelques lignées montrent des changements ponctuels vers la consommation de carbone algal. Nous concluons que les poissons des petits cours d'eau néotropicaux ombragés par un couvert forestier dense dépendent très fortement des apports nutritifs terrestres. Des changements dans ce lien aquatique‐terrestre auraient des conséquences majeures sur la remarquable biodiversité des poissons de ces cours d'eau. Ces connaissances aideront les gestionnaires de l'environnement à mieux appréhender les impacts potentiels des projets d'exploitation des ressources naturelles, et à proposer des solutions de remédiations plus pertinentes dans les cas de réhabilitation de sites en fin d'exploitation.