Population dynamics of two endemic catshark species inferred from molecular and tag-recapture data
Date
2023-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The endemic catshark genus, Poroderma, consists of two closely related species, the pyjama
catshark Poroderma africanum and the leopard catshark Poroderma pantherinum. They are found
within the southern African oceans and are threatened by overexploitation due to being a bycatch
product of commercial fisheries. In recent years, this previously understudied genus has gained
more attention for their role as important meso-predator species within the South African marine
environment. There is a lack of information regarding the movement patterns and population dynamics
of these catsharks and the effective management and conservation of these sharks remains a huge
challenge. This study aimed at addressing these knowledge gaps using a multifaceted approach; 1)
molecular markers to infer the genetic variation within and between species, and 2) a long-term
tag-recapture dataset from 1984 to 2020, to investigate the habitat usage, movement patterns and
site fidelity of both species. Successful cross-amplification of microsatellite markers from the
small-spotted catshark Scyliorhinus canicula was done to complement the de novo-developed Poroderma
microsatellite markers. Traditional population genetics analyses (F-statistics and AMOVA)
of nuclear data did not reveal any significant intraspecific genetic differentiation (P
> 0.05) while multivariate (Discriminant Analysis of Principal Components) and Bayesian
clustering analyses also indicated a high level of gene flow between populations i.e. very weak
intraspecific genetic differentiation for both species. Nonetheless, all analyses indicated clear
genetic differentiation between species, with a slightly higher level of genetic diversity and
clinal structure observed in Poroderma pantherinum. Each species was assigned to distinct genetic
clusters based on the
nuclear data and there were no mitochondrial (NADH-2) haplotypes shared between the species. The
presence of only two mutation events between the major haplotypes for each species highlighted the
low sequence divergence that has previously been noted for these catsharks.
Regarding their movement patterns, a high overall recapture rate was observed (10.36%) for both
species and high site fidelity was confirmed for this genus since 72.52% of all tag-recaptures
occurred in the same location as the tagging. The tag- recapture data indicated that several
individuals from both species appeared to travel further distances (>30 km) than other endemic
catsharks, which may result in the notable lack of genetic differentiation and population
structure. Investigation into the utility of seasonal or no-take marine protected areas for these
catsharks could be worthwhile as it would reduce the vulnerability of these species to the fishing
trade and allow their unique habitats to recover from previous fishing pressure. Despite the lack
of genetic differentiation, the high site fidelity means that there are specific locations that
play a crucial role in the ecology and reproduction of these catsharks. Accordingly, the protection
and management of these critical habitats could help prevent these species from becoming even more
threatened.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die endemiese kathaai-genus, Poroderma, bestaan uit twee naverwante spesies, die Pajama-kathaai Poroderma africanum en die Luiperdkathaai Poroderma pantherinum. Hulle word in die Suider-Afrikaanse oseane aangetref en word deur oorbenutting bedreig omdat dit 'n byproduk van kommersiële visserye is. In onlangse jare het hierdie genus meer aandag gekry vir hul rol as belangrike meso-roofdierspesies binne die Suid- Afrikaanse mariene omgewing. Daar is 'n gebrek aan inligting rakende die bewegingspatrone en populasiedinamika van hierdie kathaaie asook die doeltreffende bestuur en bewaring van hierdie haaie bly 'n groot uitdaging. Die doelwit van hierdie studie was om hierdie tekorte in kennis aan te spreek deur 'n veelsydige benadering te gebruik; 1) molekulêre merkers om die genetiese variasie binne en tussen spesies te bepaal, en 2) 'n langtermyn ‘tag-recapture’ datastel van 1984 tot 2020, om die habitatgebruik, bewegingspatrone en gebied-affiniteit van beide spesies te ondersoek. Suksesvolle oordrag van mikrosatelliet merkers vanaf die Scyliorhinus canicula is gedoen om die nuut-ontwikkelde Poroderma mikrosatelliete aan te vul. Tradisionele populasie genetika analises (F-statistieke en AMOVA) van nukluêre data het geen betekenisvolle intraspesifieke genetiese differensiasie (P > 0.05) getoon nie, terwyl multivariasie analise (“Discriminant Analysis of Principal Components”) and Bayesiese groeperings analise ook 'n hoë vlak van geenvloei tussen populasies getoon het. d.w.s. baie lae intraspesifieke genetiese differensiasie vir beide spesies. Nietemin het alle analises duidelike genetiese differensiasie tussen spesies aangedui, met 'n effens hoër vlak van genetiese diversiteit en populasie struktuur in Poroderma pantherinum. Elke spesie is toegewys aan ‘n spesifieke genetiese groep gebaseer op die nukluêre en mitochondriale (NADH-2) haplotipes. Die teenwoordigheid van slegs twee mutasies tussen die belangrikste haplotipes vir elke spesie het die lae vlak van volgorde divergensie tussen spesies bevestig wat voorheen opgemerk is. Wat hul bewegingspatrone betref, is 'n hoë algehele hervangs waargeneem (10.36%) vir beide spesies en hoë gebied-affiniteit is vir hierdie genus bevestig aangesien 72.52% van alle ‘tag-recapture’ op dieselfde plek as die aanvanklike vangste plaasgevind het. Die ‘tag-recapture’ data het aangedui dat verskeie individue van beide spesies groter afstande (>30 km) kan aflê as ander endemiese kathaaie, wat kan lei tot die noemenswaardige gebrek aan genetiese differensiasie en populasie struktuur. Ondersoek na die nut van seisoenale of ‘no-take’ mariene beskermde gebiede vir hierdie kathaaie word aanbeveel, aangesien dit die kwesbaarheid van hierdie spesies vir die visserye sal verminder en hul unieke habitatte sal kan laat herstel van druk van vorige visvangste. Ten spyte van die gebrek aan genetiese verskille, beteken die hoë affiniteit dat daar spesifieke gebiede is wat 'n deurslaggewende rol speel in die ekologie en voortplanting van hierdie kathaaie. Gevolglik kan die beskerming en bestuur van hierdie kritieke habitatte help om te voorkom dat hierdie spesies nog meer bedreig raak.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Die endemiese kathaai-genus, Poroderma, bestaan uit twee naverwante spesies, die Pajama-kathaai Poroderma africanum en die Luiperdkathaai Poroderma pantherinum. Hulle word in die Suider-Afrikaanse oseane aangetref en word deur oorbenutting bedreig omdat dit 'n byproduk van kommersiële visserye is. In onlangse jare het hierdie genus meer aandag gekry vir hul rol as belangrike meso-roofdierspesies binne die Suid- Afrikaanse mariene omgewing. Daar is 'n gebrek aan inligting rakende die bewegingspatrone en populasiedinamika van hierdie kathaaie asook die doeltreffende bestuur en bewaring van hierdie haaie bly 'n groot uitdaging. Die doelwit van hierdie studie was om hierdie tekorte in kennis aan te spreek deur 'n veelsydige benadering te gebruik; 1) molekulêre merkers om die genetiese variasie binne en tussen spesies te bepaal, en 2) 'n langtermyn ‘tag-recapture’ datastel van 1984 tot 2020, om die habitatgebruik, bewegingspatrone en gebied-affiniteit van beide spesies te ondersoek. Suksesvolle oordrag van mikrosatelliet merkers vanaf die Scyliorhinus canicula is gedoen om die nuut-ontwikkelde Poroderma mikrosatelliete aan te vul. Tradisionele populasie genetika analises (F-statistieke en AMOVA) van nukluêre data het geen betekenisvolle intraspesifieke genetiese differensiasie (P > 0.05) getoon nie, terwyl multivariasie analise (“Discriminant Analysis of Principal Components”) and Bayesiese groeperings analise ook 'n hoë vlak van geenvloei tussen populasies getoon het. d.w.s. baie lae intraspesifieke genetiese differensiasie vir beide spesies. Nietemin het alle analises duidelike genetiese differensiasie tussen spesies aangedui, met 'n effens hoër vlak van genetiese diversiteit en populasie struktuur in Poroderma pantherinum. Elke spesie is toegewys aan ‘n spesifieke genetiese groep gebaseer op die nukluêre en mitochondriale (NADH-2) haplotipes. Die teenwoordigheid van slegs twee mutasies tussen die belangrikste haplotipes vir elke spesie het die lae vlak van volgorde divergensie tussen spesies bevestig wat voorheen opgemerk is. Wat hul bewegingspatrone betref, is 'n hoë algehele hervangs waargeneem (10.36%) vir beide spesies en hoë gebied-affiniteit is vir hierdie genus bevestig aangesien 72.52% van alle ‘tag-recapture’ op dieselfde plek as die aanvanklike vangste plaasgevind het. Die ‘tag-recapture’ data het aangedui dat verskeie individue van beide spesies groter afstande (>30 km) kan aflê as ander endemiese kathaaie, wat kan lei tot die noemenswaardige gebrek aan genetiese differensiasie en populasie struktuur. Ondersoek na die nut van seisoenale of ‘no-take’ mariene beskermde gebiede vir hierdie kathaaie word aanbeveel, aangesien dit die kwesbaarheid van hierdie spesies vir die visserye sal verminder en hul unieke habitatte sal kan laat herstel van druk van vorige visvangste. Ten spyte van die gebrek aan genetiese verskille, beteken die hoë affiniteit dat daar spesifieke gebiede is wat 'n deurslaggewende rol speel in die ekologie en voortplanting van hierdie kathaaie. Gevolglik kan die beskerming en bestuur van hierdie kritieke habitatte help om te voorkom dat hierdie spesies nog meer bedreig raak.
Description
Thesis (MScAgric)--Stellenbosch University, 2023.