A multi-isotope (delta2H, delta13C, delta15N) approach to establishing migratory connectivity in Palearctic-Afrotropical migrants: An example using Wood Warblers Phylloscopus sibilatrix

• Autorzy: Hobson K.A. , Van Wilgenburg S. L. , Wesolowski T. , Maziarz M. , Bijlsma R. G. , Grendelmeier A. , Mallord J. W.

Warianty tytułu

PL

Wykorzystywanie analizy wieloizotopowej (delta2H, delta13C, delta15N) dla ustalenia powiązań migracyjnych Palearktyczno-Afrotropikalnych migrantów na przykładzie świstunki leśnej

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Wood Warblers Phylloscopus sibilatrix have declined considerably throughout most of their north and western breeding range in Europe but the causes of this decline are unknown. Declines may be related to factors on the breeding grounds, stopover sites and/or wintering grounds. We used multi-isotope (δ²H, δ¹³C, δ¹⁵N) measurements of winter-grown feathers of 314 individuals breeding in the Białowieża Forest (E Poland) to infer where they wintered in sub Saharan Africa over a 4-year period from 2009-2012. We used both aspatial and spatially specific assignment techniques involving a previously developed clustering algorithm related to long-term patterns of precipitation (δ²H) and theoretical plant-based isoscapes (δ¹³C, δ¹⁵N) for Africa. We determined that our breeding population was consistently assigned to the forested region of the Congo basin. Males were more depleted in ¹³C and ²H and more enriched in ¹⁵N than females suggesting potential sexual habitat segregation on the wintering grounds. We then similarly examined less extensive samples from Wood Warblers breeding in England, Netherlands, Germany, Switzerland and Karelia (NW Russia), and found a similar assignment to the Congo basin. For all sites, males were isotopically distinct from females suggesting sex-specific habitat segregation on the wintering grounds. Our geospatial assignment model now provides a protocol for testing the hypothesis that declining populations winter more in heavily fragmented forests of west Africa compared to the Congo basin. We encourage this approach for the investigation of migratory connectivity in other sub Saharan Afrotropical migrants.

PL

Na wielu obszarach w północno-zachodniej części zasięgu obserwuje się znaczące spadki liczebności świstunki leśnej, a przyczyny tych spadków wciąż nie są znane. Mogą one wynikać z niekorzystnych zmian na lęgowiskach, w miejscach postoju na trasie wędrówki i/lub na zimowiskach. Poznanie przyczyn spadku liczebności oraz skuteczna ochrona gatunku wymaga — w pierwszej kolejności — ustalenia tras wędrówek i miejsc zimowania ptaków. Współcześnie dostępne metody badań migracji ptaków (np. nadajniki satelitarne, geolokatory) posiadają ograniczenia nie pozwalające na zastosowanie ich u gatunków takich jak świstunka — ptaków niewielkich rozmiarów (o masie ciała < 10 g), bardzo rzadko powracających na lęgi w te same miejsca. Metoda polegająca na jednoczesnej analizie zawartości kilku trwałych izotopów w piórach, które wyrosły na zimowiskach, a zebrane zostały od ptaków przebywających na lęgowiskach, stwarza takie możliwości. W pracy przedstawiamy wyniki badań, których celem było ustalenie miejsc zimowania w tropikalnej Afryce świstunek pochodzących ze znanych miejsc lęgowych w Europie. W próbkach piór z zimowisk, pobranych od 314 osobników gniazdujących w polskiej części Puszczy Białowieskiej w latach 2009-2012, oznaczyliśmy zawartość izotopów wodoru, węgla i azotu (δ²H,δ¹³C, δ¹⁵N). Pozwoliło to określić obszary ich potencjalnych zimowisk w subsaharyjskiej Afryce w kolejnych latach. Przyporządkowania do obszarów dokonaliśmy przy użyciu zarówno niespecyficznych jak i specyficznych metod przypisania przestrzennego. Metody te opierają się na algorytmie grupowania, wykorzystującego informacje pochodzące z długoterminowych modeli rozmieszczenia opadów (δ²H) i teoretycznego rozmieszczenia izolinii roślinności (δ¹³C, δ¹⁵N) w Afryce. Zawartość izotopów (δ²H, δ¹³C, δ¹⁵N) w wyrosłych na zimowiskach piórach świstunek leśnych gniazdujących w Puszczy Białowieskiej wskazuje na to, że corocznie pierzyły się one w lasach na terenie basenu Konga. Pióra samców zawierały mniej ¹³C i ²H ale więcej ¹⁵N niż pióra samic (Fig. 1), co sugeruje pierzenie w różnych siedliskach (obszarach). Podobne wyniki otrzymaliśmy analizując tymi samymi metodami mniej obfite próbki piór świstunek gniazdujących w innych częściach Europy: Anglii (23), Holandii (43), Niemczech (19), Szwajcarii (29), Karelii (10, północnozachodnia Rosja)(Tab. 2, Fig. 3). Skład izotopowy piór wskazywał, że również te ptaki pierzyły się w basenie Konga, a samce i samice zmieniały upierzenie w odmiennych warunkach. Uważamy, że przedstawiony w pracy model rozmieszczenia geograficznego i środowiskowego zimujących świstunek może być punktem wyjścia do testowania hipotezy, że ptaki pochodzące z populacji zmniejszających liczebność zimują częściej na znacznie silniej wylesionych terenach zachodniej Afryce niż w basenie Konga.

Słowa kluczowe

EN

multi-isotope analysis; migratory connectivity; Wood Warbler; Phylloscopus sibilatrix; wintering site; deuterium

• Wydawca: -
• Czasopismo: Acta Ornithologica
• Rocznik: 2014
• Tom: 49
• Numer: 1
• Opis fizyczny: p.57-69,fig.,ref.

Twórcy

autor

Hobson K.A.

• Environment Canada, 11 Innovation Blvd., Saskatoon, SK, S7N 3H5, Canada

autor

Van Wilgenburg S. L.

• Environment Canada, 11 Innovation Blvd., Saskatoon, SK, S7N 3H5, Canada
• Environment Canada, 115 Perimeter Road, Saskatoon, SK, S7N 0X4, Canada

autor

Wesolowski T.

• Laboratory of Forest Biology, Wroclaw University, Sienkiewicza 21, 50–335 Wroclaw, Poland

autor

Maziarz M.

• Laboratory of Forest Biology, Wroclaw University, Sienkiewicza 21, 50–335 Wroclaw, Poland

autor

Bijlsma R. G.

• Centre for Ecological and Evolutionary Studies, University of Groningen, Nijenborgh 7, 9747 AG Groningen and Doldersummerweg 1, 7983 LD Wapse, The Netherlands

autor

Grendelmeier A.

• Swiss Ornithological Institute, CH-6204 Sempach, Switzerland

autor

Mallord J. W.

• RSPB Centre for Conservation Science, RSPB, The Lodge, Sandy, Bedfordshire, SG19 2DL, U.K.

Bibliografia

• Bächler E., Hahn S., Schaub M., Arlettaz R., Jenni L., Fox J. W., Afansyev V., Liechti F. 2010. Year-round tracking of small trans-Saharan migrants using light-level geolocators. PLoS ONE 5: e9566.
• Bijlsma R. G. 2012. Ecologie van Flutters Phylloscopus sibilatrix in Nederlandse bossen. Drentse Vogel 26: 56-77.
• Bijlsma R. G. 2013. Arrival of Wood Warblers Phylloscopus sibilatrix on the breeding grounds. Drentse Vogels 27: 43-53.
• BirdLife International, NatureServe 2011. Bird species distribution maps of the world. 1.0 ed. BirdLife International, Cambridge, UK and NatureServe, Arlington, USA.
• Bowen G. J., Wassenaar L. I., Hobson K. A. 2005. Global application of stable hydrogen and oxygen isotopes to wildlife forensics. Oecologia 143: 337-348.
• Bowlin M. S., Henningsson P., Muijres F. T., Vleugels R. H. E., Liechti F., Hedenström A. 2010. The effects of geolocator drag and weight on the flight ranges of small migrants. Methods Ecol. Evol. 1: 398-402.
• Burfield I., van Bommel F. 2004. Birds in Europe: population estimates, trends and conservation status. Birdlife International, Cambridge.
• Chylarecki P., Jawińska D. 2007. [Monitoring of Common Breeding Birds. Report for 2005-2006]. OTOP, Warszawa.
• Clark I. D., Fritz P. 1997. Environmental isotopes in hydrogeology. Lewis Publishers, New York.
• Craine J. M., Elmore A. J., Aidar M. P. M., Bustamante M., et al. 2009. Global patterns of foliar nitrogen isotopes and their relationships with climate, mycorrhizal fungi, foliar nutrient concentrations, and nitrogen availability. New Phytologist 183: 980-992.
• Cramp S. (ed.) 1992. The Birds of the Western Palearctic. Vol. VI. Oxford Univ. Press, Oxford.
• Cristol D. A., Baker M. B., Carbone C. 1999. Differential migration revisited: latitudinal segregation by age and sex classes. Current Ornithology 15: 33-88.
• deFries R., Hansen M., Townshend J. R. G., Janetos A. C., Loveland T. R. 2000. A new global 1km data set of percent tree cover derived from remote sensing. Global Change Biol. 6: 247-254.
• Evans K. L., Newton J., Mallord J. W., Markman S. 2012. Stable isotope analysis provides new information on winter habitat use of declining avian migrants that is relevant to their conservation. PloS ONE 7: e34542.
• Fiedler W. 2012. EURING Bird Ringing Databank Passes the 10 Million Records Milestone, http://www.euring.org/ euring_10_millionth_record.htm. Accessed 21. 08. 2012.
• Flade M., Schwarz J. 2004. Results of the German Common Birds Census. Part II: population changes in German forest birds 1989-2003. Vogelwelt 125: 177-213.
• Fouarge J. G. 1968. Le Pouillot Siffleur Phylloscopus sibilatrix Bechstein. Le Gerfaut 58: 178-368.
• Genz A., Bretz F., Miwa T., Mi X., Leisch F., Scheipl F., Bornkamp B., Maechler M., Hothor T. 2011. mvtnorm: multivariate normal and t distributions. R package version 0.9- 99. http://CRAN.R-project.org/package=mvtnorm, version 0.9-99.
• Gerber M. 2011. Territory choice of the Wood Warbler Phylloscopus sibilatrix in Switzerland in relation to habitat structure and rodent density. Unpubl MSc thesis, Zurich University.
• Glutz von Blotzheim U. N., Bauer K. 1991. Handbuch der Vögel Mitteleuropas. Vol. 12/II. Akademische Verlags- Gessellschaft, Wiesbaden.
• Grendelmeier A. 2011. The enigmatic decline of the Wood Warbler Phylloscopus sibilatrix: nest predation and habitat characteristics., Bern University.
• Gross K., Bates D. 2011. mvnmle: ML estimation for multivariate normal data with missing values. R package version 0.1-10. http://CRAN.R-project.org/package=mvnmle, version 0.1-10.
• Guillemain M., Hearn R., King R., Gauthier-Clerc M., Simon G., Caizergues A. 2009. Differential migration of the sexes cannot be explained by the body size hypothesis in Teal. J. Ornithol. 150: 685-689.
• Hijmans R. J., Vati Etten J. 2012. raster: Geographie analysis and modeling with raster data. R package version 2.0-12, http://CRAN.R-project.org/package=raster, version 1.9-58.
• Hjernquist M. B., Veen T., Font L., Klaassen M. 2009. High individual repeatability and population differentiation in stable isotope ratios in winter-grown collared flycatcher Ficedula albicollis feathers. J. Avian Biol. 40: 102-107.
• Hobson K. A. 2005. Stable isotopes and the determination of avian migratory connectivity and seasonal interactions. Auk 122: 1037-1048.
• Hobson K. A. 2011. Isotopic ornithology: a perspective. J. Ornithol. 152: 49-66.
• Hobson K. A., Van Wilgenburg S. L., Wassenaar L. I., Powell R. L., Still C.J., Craine J. M. 2012. A multi-isotope δ¹³C, δ¹⁵N, δ²H feather isoscape to assign Afrotropical migrant birds to origins. Ecosphere 3: art 44.
• Hobson K. A., Wassenaar L. I. (eds). 2008. Tracking animal migration using stable isotopes. Elsevier, Amsterdam.
• Hobson K. A., Wunder M. B., Van Wilgenburg S. L., Clark R. G., Wassenaar L. I. 2009. A method for investigating population declines of migratory birds using stable isotopes: origins of harvested lesser scaup in North America. PLoS ONE 4: e7915.
• Inger R., Bearhop S. 2008. Applications of stable isotope analyses to avian ecology. Ibis 150: 447-461.
• Jenkins K. D., Cristol D. A. 2002. Evidence of differential migration by sex in White-throated Sparrows Zonotrichia albicollis. Auk 119: 539-543.
• Kelly J. F., Johnson M. J., Langridge S., Whitfield M. 2008. Efficacy of stable isotope ratios in assigning endangered migrants to breeding and wintering sites. Ecol. Appl. 18: 568-576.
• Korner-Nievergelt F., Liechti F., Hahn S. 2012. Migratory connectivity derived from sparse ring re-encounter data with unknown numbers of ringed birds. J. Ornithol. 153: 771-782.
• Lapshin N. V. 2005. Biology of the Wood Warbler Phylloscopus sibilalrix (Bechst.) in the taiga zone of north-western Russia. Avian Ecol. Behav. 13: 25-46.
• Lewis J. C. 1995. Whooping Crane Grus americana. In: Poole A. (ed.). The Birds of North America Online: http://bnabird- scornelledu/bna/species/153. Cornell Lab of Ornithology Ithaca, New York.
• Mallord J. W., Charman E. C., Cristinacce A., Orsman C. J. 2012a. Habitat associations of Wood Warblers Phylloscopus sibilatrix breeding in Welsh oakwoods. Bird Study 59: 403-415.
• Mallord J. W., Orsman C. J., Cristinacce A., Butcher N., Stowe T. J., Charman E. C. 2012b. Mortality of Wood Warbler Phylloscopus sibilatrix nests in Welsh Oakwoods: predation rates and the identification of nest predators using miniature nest cameras. Bird Study 59: 286-295.
• Marra P. P., Hobson K. A., Holmes R. T 1998. Linking winter and summer events in a migratory bird by using stable- carbon isotopes. Science 282: 1884-1886.
• Meyburg B-U., Meyburg C. 2009. Wanderung mit Rucksack: Satellitentelemetrie bei Vögeln. Der Falke 56: 256-263.
• Moore F. R., Gauthreaux S. A., Kerlinger P., Simons T. R. 1995. Habitat requirements during migration: Important link in conservation. In: Martin T., Finch D. (eds). Ecology and management of Neotropical migratory birds: a synthesis and review of the critical issues. Oxford University Press, New York, pp. 121-144.
• Norman D. 2002. Wood Warbler. In: Wernham C. V., Toms M. P., Marchant J. H., Clark J. A., Siriwardena G. M., Baillie S. (eds). The migration atlas. T & AD Poyser, London, pp. 565-567.
• Procházka P., Hobson K. A., Karcza Z., Kralj J. 2008. Birds of a feather winter together: migratory connectivity in the Reed Warbler Acrocephalus scirpaceus. J. Ornithol. 149: 141-150.
• R Core Team 2012. R: A language and environment for statistical computing. The R Foundation for Statistical Computing, Vienna.
• Reichlin T. S., Hobson K. A., Van Wilgenburg S. L., Schaub M., Wassenaar L. I., Martín-Vivaldi M., Arlettaz R., Jenni L. 2013. Conservation through connectivity: can isotopic gradients in Africa reveal winter quarters of a migratory bird? Oecologia 171: 591-600.
• Royle J. A., Rubenstein D. R. 2004. The role of species abundance in determining breeding origins of migratory birds with stable isotopes. Ecol. Appl. 14: 1780-1788.
• Sherry T. W., Holmes R. T. 1995. Summer versus winter limitation of populations: conceptual issues and evidence. In: Martin T., Finch D. (eds). Ecology and management of Neotropical migratory birds: a synthesis and review of the critical issues. Oxford University Press, New York, pp. 85-120.
• Still C. J., Powell R. L. 2010. Continental-scale distributions of vegetation stable carbon isotope ratios. In: West J. B., Bowen G. J., Dawson T. E., Tu K. P. (eds). Isoscapes: understanding movements, pattern and process on Earth through isotope mapping. Springer, New York, pp. 179-194.
• Stutchbury B. J., Tarof S. A., Done T., Gow E., Kramer P. M., Tautin J., Fox J. W., Afansyev V. 2009. Tracking long-distance songbird migration by using geolocators. Science 323: 896.
• Tomiałojć L., Wesołowski T. 1990. Bird communities of the primaeval temperate forest of Białowieża, Poland. In: Keast A. (ed.). Biogeography and ecology of forest bird communities. SPB Academic Publishers, The Hague, pp. 141-165.
• Tomiałojć L., Wesołowski T. 2005. The avifauna of Białowieża Forest: a window into the past. Br. Birds 98: 174-193.
• Urban E. K., Fry C. H., Keith S. (eds). 1997. The Birds of Africa. Vol. V., Academic Press, San Diego.
• Van Wilgenburg S. L., Hobson K. A. 2011. Combining stable- isotope (δD) and band recovery data to improve probabilistic assignment of migratory birds to origin. Ecol. Appl. 21: 1340-1351.
• Voříšek P., Škorpilová J., Klvaňová A. 2008. Trends of common birds in Europe, 2008 update, downloaded from www.ebcc.info.index.php?ID=358 on 2.11. 2008, 6:00.
• Wassenaar, L. I., Hobson K. A. 2003. Comparative equilibration and online technique for determination of non-exchangeable hydrogen of keratins for use in animal migration studies. Isotopes in Environmental and Health Studies 39: 1-7.
• Webster M. S., Marra P. P. 2005. The importance of understanding migratory connectivity and cross-seasonal interactions. In: Greenberg R., Marra P. P. (eds). Birds of two worlds: the ecology and evolution of migration. Johns Hopkins University Press, Baltimore, pp. 199-209.
• Wesołowski T. 1985. The breeding ecology of the Wood Warbler Phylloscopus sibilatrix in primaeval forest. Ornis Scand. 16: 49-60.
• Wesołowski T. 2007. Primeval conditions — what can we learn from them? Ibis 149 (suppl. 2): 64S-77S.
• Wesołowski T., Maziarz M. 2009. Changes in breeding phenology and performance of Wood Warbler Phylloscopus sibilatrix in a primeval forest: a thirty-years perspective. Acta Ornithol. 44: 69-80.
• Wesołowski T., Rowiński P., Maziarz M. 2009. Wood warbler Phylloscopus sibilatrix — a nomadic insectivore in search of safe breeding grounds? Bird Study 56: 26-33.
• Wunder M. B. 2007. Geographic structure and dynamics in Mountain Plover. Colorado State University, Fort Collins, CO.
• Yohannes E., Hobson K. A., Pearson D. J. 2007. Feather stable-isotope profiles reveal stopover habitat selection and site fidelity in nine migratory species moving through sub- Saharan Africa. J. Avian Biol. 38: 347-355.
• Zhang Q., Justice C. O., Jiang M., Brunner J., Wilkie D. S. 2006. A GIS-based assessment on the vulnerability and future extent of the tropical forests of the Congo Basin. Environmental Monitoring and Assessment 114: 107-121.
• Zink G. 1973. Der Zug europäischer Singvögel. Ein Atlas der Wiederfunde beringter Vögel. Vogelwarte Radolfzell, Möggingen.
• Zwarts L., Bijlsma R., van der Kamp J., Wymenga E. 2009. Living on the edge. KNNV Publishing, Zeist.

Identyfikatory

DOI

10.3161/000164514X682896