Fish foraging under visual constraints

Abstract

Visual conditions are changing in several different ways. Some lakes are getting turbid due to eutrophication or erosion while others are getting browner due to brownification. These two types of visual degradation results in completely different optical properties of lakes. Turbid water scatter light which degrades image quality severely while brown coloured humic water mainly absorb light making the aquatic environment darker.



In juvenile fish, the effects seem to be similar between turbid and humic water where foraging of planktivorous life stages are largely unaffected. However, prey selectivity in juvenile fish may change as red carotenoid pigmentation in copepod zooplankton make them more conspicuous in turbid water while transparent copepods are selected by the fish in humic water. The pigments, that are usually used for UV-protection in clear water, may therefore make the pigmented copepod cryptic in humic water, explaining the presence of the pigments even in brown waters where UV-radiation is very low.



Piscivorous juvenile fish experience negative effects of visual degradation, including reduced reaction distance which reduces the search efficiency and encounter rate for the predator. Juvenile pike (Esox lucius) are able to counteract the reduced encounter rate with increased attack rate and thereby probably also higher foraging effort. This increase in foraging effort when foraging on fish prey may reduce the benefit of ontogenetic diet switches and thereby have consequences for growth and recruitment in fish populations.



Foraging in adult fish depend heavily on visual conditions. For adult fish, image quality is important, resulting in that prey size selectivity collapses completely in turbid water. In clear water pike consistently selects small prey to reduce handling time to a minimum. This selectivity for small prey are maintained in brown humic water. Lost selectivity in turbid water and thereby capture of larger prey than necessary, increases the handling time of prey, and thereby the exposure of pike to cannibalistic and cleptoparasitic conspecifics. However, the most pronounced foraging cycle effect of visual degradation is the reduced reaction distance that lowers the search efficiency of the predator and thereby possibly the encounter rate with prey. Decreased encounter rates was however not counteracted by increased search activity. The importance of the visual conditions for the encounter rate is also implied when growth rate of perch (Perca fluviatilis) was evaluated before and after biomanioulation in Lake Finjasjön. A 10-fold decrease in prey density after biomanipulation is completely counteracted by improved visual conditions where Secchi depth increased from 0.35 m before to 1.16 m after biomanipulaton. This resulted in increased growth in the predator, probably due to increased encounter rate, despite the 10-fold decrease in prey density.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

De optiska egenskaperna i våra sjöar och vattendrag förändras kontinuerligt. Näringsrika sjöar blir grumliga genom algblomningar och erosion gör vattnet grumligt av lerpartiklar. De senaste årtiondena vattnet också blivit brunare genom att mer humusämnen läcker från omkringliggande mark. Både grumligt och humöst brunt vatten försämrar fiskens siktförhållande, men det sker genom helt olika mekanismer. Grumligt vatten innehåller partiklar som sprider ljuset vilket försämrar kontrasten och sänker kvaliteten på den visuella informationen. Humöst vatten är brunfärgat av lösta organiska ämnen som absorberar ljuset istället för att sprida det. Absorptionen gör miljön under vattnet mörkare men bibehåller kvaliteten i den visuella informationen.



För juvenil mört (Rutilus rutilus) och gädda (Esox lucius) är effekterna av grumligt och brunt vatten likartade så länge de äter plankton. Däremot påverkas bytesselektiviteten av vattnets optiska egenskaper. I grumligt vatten föredrar juvenil gädda att äta rödpigmenterade copepoder, medan de i brunt vatten föredrar genomskinliga copepoder. Det röda pigmentet, som generellt används som skydd mot skadlig UV-strålning, fungerar som kamouflage i brunt vatten. Detta kan förklara varför copepoder har kvar pigmentet i en miljö som har mycket låg UV-strålning eftersom UV-strålning snabbt absorberas av det humösa vattnet.



Juvenil gädda som äter annan fisk påverkas negativt av turbiditet och brunt vatten genom att detektionsavståndet till byten minskar kraftigt. Detta ger dem sämre födosökseffektivitet och de träffar mer sällan på lämpliga byten. Gäddan motverkar detta genom att öka sin benägenhet att attackera påträffade byten. Det kan dock leda till en ökad energiåtgång som i förlängningen kan få konsekvenser för tillväxt och rekrytering.



Större gäddor påverkas kraftigt av försämrade siktförhållanden och kvaliteten på den visuella informationen är mycket viktig. I klart vatten föredrar gäddor att äta småfisk för att snabbt kunna svälja bytet utan risk att bli upptäckta av andra större gäddor. I grumligt vatten, med låg visuell kvalitet, bryter dock denna bytesstorleksselektivitet samman och gäddan blir tvungen att attackera byten som inte är optimala. I brunt vatten däremot, bibehålls selektiviteten för småfisk eftersom kvaliteten på den visuella informationen bibehålls. Det som dock påverkar gäddan mest är att detektionsavståndet till bytena minskar i både grumlig och humöst vatten vilket gör att deras födosökseffektivitet också minskar och de träffar på färre potentiella byten. Detta skull kunna motverkas genom att gäddan simmar mer och därigenom träffar på fler byten men så är inte fallet.



Att siktförhållandena är viktiga för rovfisk blir tydligt när tillväxt hos abborre (Perca fluviatilis) analyseras före och efter biomanipulering av Finjasjön. Efter biomanipulationen hade bytestätheten för abborren minskat till 1/10 av vad den var före biomanipulationen. Däremot har sikten i vattnet förbättrats från 0,35 meter till 1,16 meter efter biomanipulationen. Denna förbättring av siktförhållandena i vattnet motverkar helt minskningen i bytestäthet, och ger till och med ökad tillväxt hos abborren, troligtvis genom att abborren träffar på fler byten eftersom sikten är bättre och detektionsavståndet längre.

• author: Jönsson, Mikael
• supervisor: Christer Brönmark; Anders Nilsson
• opponent: Professor Eklöv, Peter, Avdelningen för limnologi, Evolutionsbiologiskt Centrum, EBC, Uppsala universitet, Sverige
• organization: Department of Biology; BECC: Biodiversity and Ecosystem services in a Changing Climate
• publishing date: 2012
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology; Environmental Sciences
• keywords: planktivore., piscivore, brownification, visual foraging, Turbidity
• pages: 100 pages
• defense location: Blå hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, Lund.
• defense date: 2012-04-27 09:30:00
• ISBN: 978-91-7473-299-3
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Limnology (Closed 2011) (011007000)
• id: a3955d85-a27c-4249-992b-b6a9f3e03af4 (old id 2429719)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:24:14
• date last changed: 2019-03-22 11:28:50