Life history traits of the fish community in Lake Annecy: evidence from the stable isotope composition of otoliths

Traits d’histoire de vie de la communauté de poissons dans le lac d’Annecy: l’apport de la composition en isotopes stables des otolithes

⁽¹⁾ INRA, UMR CARRTEL, 8 route Tully, 74200 Thonon-les-Bains, France
⁽²⁾ Archéozoologie, archéobotanique : Sociétés, pratiques et environnements (UMR 7209), Sorbonne Universités, Muséum national d’histoire naturelle, CNRS, CP55 ou 56, 55 rue Buffon, 75005 Paris, France

^⋆ Corresponding author: dgerdeaux@wanadoo.fr

Received: 13 September 2015
Revised: 30 October 2015
Accepted: 31 October 2015

Abstract

Stable isotope analysis (SIA) of fish otoliths shows great potential for exploring the ecology of fish, but this method has not been applied to the study of lacustrine fish communities. Both sequential and whole-otolith SIAs were performed on six fish species of Lake Annecy and their results compared to muscle SIA. The first purpose of these investigations was to test the use of δ¹⁸O_oto values for reconstructing fish thermal history and delimiting spatial distribution in a stratified lake. Comparison of species-specific fractionation equations and the general equation developed for freshwater fishes showed that the general one was the best suited for thermal estimation of Lake Annecy fishes and suggested that inter-specific differences or specific “vital effects” are not the only reason for apparent difference in fractionation. Thermal estimations based on SIA were consistent with descriptions of thermal habitats in the literature, except in the case of roach (Rutilus rutilus). Based on the current results, roach appears to live in a colder habitat than do perch (Perca fluviatilis). The high water transparency and thermal stratification of Lake Annecy could explain this distribution. Moreover, perch juveniles were found to live in two different thermal niches. This finding highlights the great plasticity of the species. Second, the potential use of δ¹³C_oto values to reconstruct variation in diet and metabolism was assessed. The proportion of metabolic carbon (M) contributing to otolith carbon varies markedly among species. Comparison with δ¹³C_muscle values shows no direct relationship between δ¹³C_oto and diet at either the intra-individual or the inter-specific level. A strong linear relationship between either M or the isotopic offset between otolith and muscle (Δδ¹³C_{oto - muscle}) and δ¹⁸O_oto values was found; this relationship reveals the dependence of M on the ambient temperature at which the species occurs. This relationship might be general and could be used to explore variation in fish metabolism in the future.

Résumé

L’analyse des isotopes stables (SIA) des otolithes de poissons montre un grand potentiel pour explorer l’écologie des poissons, mais cette méthode n’a encore jamais été appliquée à l’étude des communautés de poissons lacustres. Les SIA séquentielles et globales d’otolithe ont été réalisées sur six espèces de poissons du lac d’Annecy et leurs résultats comparés aux SIA du muscle. Le premier objectif de ces investigations était de tester l’utilisation de valeurs δ¹⁸O_oto pour reconstruire l’histoire thermique des poissons et préciser leur distribution spatiale dans ce lac stratifié. La comparaison des équations de fractionnement spécifiquement développées pour une espèce et l’équation générale pour les poissons d’eau douce a montré que l’équation générale était la plus adéquate pour l’estimation de l’histoire thermique des poissons du lac d’Annecy. Il est également suggéré que des différences inter-spécifiques ou « effets vitaux » spécifiques n’expliquent pas complètement la différence apparente de fractionnement isotopique. Les estimations thermiques basées sur la SIA étaient compatibles avec les descriptions des habitats thermiques dans la littérature, sauf dans le cas du gardon (Rutilus rutilus). Selon les résultats de l’étude, le gardon semble vivre dans un habitat plus froid que celui de la perche (Perca fluviatilis). La grande transparence de l’eau et la stratification thermique du lac d’Annecy pourraient expliquer cette répartition. En outre, les jeunes perches occupaient deux niches thermiques différentes ce qui met en évidence la grande plasticité de l’espèce. Deuxièmement, l’utilisation potentielle des valeurs δ¹³C_oto pour reconstruire les variations de l’alimentation et du métabolisme a été évaluée. La proportion de carbone métabolique (M) contribuant au carbone de l’otolithe varie considérablement entre les espèces. La comparaison avec les valeurs δ¹³C_muscle montre qu’il n’y a pas de relation directe entre δ¹³C_oto et le régime alimentaire, ni au niveau intra-individuel, ni au niveau inter-spécifique. Une forte relation linéaire entre soit M, soit la différence isotopique en carbone entre l’otolithe et le muscle (Δδ¹³C_oto-muscle) et les valeurs δ¹⁸O_oto a été trouvée; cette relation montre que la valeur de M est fortement dépendante de la température ambiante à laquelle vit l’espèce. Cette relation pourrait être générale et utilisée pour explorer la variation du métabolisme des poissons dans l’avenir.