The effect of Marine Protected Areas on the diet of Lillesand European lobster (Homarus gammarus): A DNA-based diet analysis approach

Abstract

Nedgangen i den norske bestanden av Europeisk hummer (Homarus gammarus) har blant annet ført til etableringen av over 50 fredningsområder for hummer siden starten av 2000-tallet. Til tross for de kjente positive effektene av fredningsområdene på hummerens størrelse og antall har det hittil vært lite fokus på hummerens økologi og effekt på det bentiske økosystemet som respons på fredning. I dette prosjektet har jeg beskrevet dietten til H. gammarus ved hjelp av DNA-basert diettanalyse av ekskrementprøver tatt fra hummer i et nyetablert fredningsområde i Lillesand, Norge. Komposisjonen av organismer konsumert av H. gammarus ble sammenlignet på tvers av område (fredningsområde og kontrollområde) og tid (før og etter etableringen av fredningsområdet). Det ble også undersøkt om dietten blant individer av ulike kjønn og størrelseskategorier varierte. Ved hjelp av DNA-metastrekkoding, nestegenerasjons-sekvensering og bioinformatiske metoder ble det påvist 101 amplikonsekvensvarianter i 92 prøver identifisert til biologiske taksoner.

Fredningsområdet hadde ingen effekt på dietten til hummeren etter to år. Likevel kan langvarig overvåkning av dietten til H. gammarus i Lillesand potensielt avdekke diettforskjeller om det skulle oppstå. Det var ingen signifikant diettforskjell mellom individer av ulike kjønn eller størrelseskategorier. Dette indikerer at byttedyrpreferanse og strategi brukt i søken etter mat er uavhengig av H. gammarus kjønn og størrelse, i det minste i den aktuelle populasjonen. De viktigste komponentene i dietten til H. gammarus var nesledyr, fisk, kappedyr, pigghuder, og krepsdyr. Nesledyr, kappedyr, og fisk ble funnet i store relative mengder i mesteparten av prøvene, som indikerer at tidligere antakelser om dietten til H. gammarus har undervurdert viktigheten av myke organismer og fisk. I tillegg har viktigheten av organismer med harde ytre skall som bløtdyr og store krepsdyr tilsynelatende blitt overvurdert. Basert på resultatene kan H. gammarus beskrives som predatorer, åtseletere, detrivorer og opportunister som konsumerer mat basert på tilgjengelighet. Denne studien er den første til å bruke DNA-baserte metoder for å beskrive dietten til H. gammarus og evaluere den økologiske effekten av etableringen av et fredningsområde for arten.

The establishment of lobster reserves protecting the European lobster (Homarus gammarus) has known positive effects on lobster density and size. There is however a lack of knowledge regarding the ecology of the benthic predator and its potential community-level effects following lobster population recovery. This study provides knowledge about the composition and diversity of H. gammarus prey within a ‘before and after control impact’ (BACI) experimental design. DNA metabarcoding of fecal samples was used to explore possible variations in diet that could be attributed to lobster sex, size, and two years of protection from fishing. DNA metabarcoding, next generation sequencing, and the bioinformatic pipeline used in this project led to the successful detection of 101 amplicon sequence variants (ASVs) identified to a wide range of likely prey taxa.

There were no observed differences in H. gammarus diet attributable to the lobster reserve establishment. If the H. gammarus diet changes in response to recovering populations inside reserves, it seems that two years of protection was not sufficient to produce such changes. Continued monitoring of the H. gammarus diet will likely provide additional information about lobster ecology and the ecosystem impact of lobster reserves. Sex and size did not significantly influence the diet of H. gammarus, suggesting different sexes and sizes of lobster has similar foraging behaviors and abilities. The most important prey groups recognized in this study were the Cnidaria phylum, Craniata subphylum (clade of animals with a skull), Tunicata subphylum, Echinodermata phylum, and Crustacea subphylum. The importance of cnidarians and tunicates suggests that soft-bodied organisms have been largely underestimated in the previously assumed diet composition of H. gammarus. It is also likely that the prevalence of fish has been underestimated, while the importance of hard-bodied prey has been overestimated in previous lobster diet descriptions. Lillesand H. gammarus can be described as scavengers and generalist predators likely to obtain parts its food from detrivory. They also seem to be opportunists that consume items mostly based on availability. This study is the first to use molecular methods to describe the diet of H. gammarus and to explore the community-level effects of establishing reserves protecting this lobster species.