Manta,

22-23 de Enero de 2013

François Gerlotto

Lima, 20 de Marzo de 2013

METAPOBLACIONES, MÁXIMO RENDIMIENTO SOSTENIBLE Y MANEJO PESQUERO DEL JUREL Trachurus murphyi

EN EL PACIFICO SUR

Manejo pesquero: un fracaso global

Estado de las poblaciones marinas explotadas en el mundo, desde 1950

(Pauly, 2007, con datos de la FAO)

¿Un fracaso que se debe a razones coyunturales repetidas, o sistémicas?

USSR Russia + China + others (+ Chile offshore)

New Zealand

Europe + others

El jurel del Pacifico Sur: un caso ejemplar

Extensión de las pesquerías internacionales de jurel en el Pacifico Sur

Chile

Perú

PERU E.U USSR/RUSSIA CHILE

El cinturón del jurel

Los problemas del manejo pesquero del jurel en el Pacifico Sur

Fracaso global del manejo pesquero cuando no se toman en cuenta la biologia y la ecologia del recurso y que se usan solamente datos

de pesca.

Cap

tura

to

tal (e

n k

. to

nela

das)

A pesar de inversiones importantes

en investigación pesquera, las

pesquerías tuvieron que acompañar

pasivamente una caída :

de 5 M. toneladas (1995)

a 0.5 M. toneladas (2011)

URSS/Rusia

Perú

Centro Chile

Norte Chile

SPRFMO:

South Pacific Regional

Fisheries Management

Organization

OROP-PS:

Organisación Regional de

Ordenamiento Pesquero,

Pacífico Sur

ORP-PS :

Organisation Régionale

des Pêcheries du

Pacifique Sud

www.southpacificrfmo.org

OROP: UN INSTRUMENTO INTERNACIONAL DE MANEJO PESQUERO

“Low recruitment, low and declining spawning..”En realidad el 2008 fue un año de fuerte reclutamiento tal como se observo en las muestras de huevos y larvas, pero esta información no se tomó en cuenta

“further declines in stock status are likely

unless fishing mortality is reduced..”

Aunque indicaciones de alto reclutamiento

se dejaban ver, el ”paradigma” de la presión

pesquera impidió tomarlas en consideración

Aplicando modelos basados sobre datos de pesca y fundados sobre el RMS, la OROP no es libre de los problemas relacionados con el ecosistema

“an increasing stock since 2010… at

very low levels” Este aumento de la

abundancia del jurel no fue previsto (a

pesar de indicaciones del ecosistema)

y sobre todo no corresponde con la

realidad por no tomaren cuenta el

reclutamiento del 2008-9

El reconocimiento de la existencia de

una sub-población en Perú y Ecuador

obligó a revisar todo el modelo

aplicado los años anteriores…

DEFINIR LA ESTRUCTURA

DE LA POBLACIÓN ES ESENCIAL

Manta,

22-23 de Enero de 2013

Definición de la estructura poblacional del jurel

Definición de una población: el triángulo de Harden-Jones

Ad/H : adultos desovando y huevos

(área de desove)

(L) : larvas (si diferente del área de crianza)

j : juveniles (área de crianza)

Aa : adultos en fase de alimentación

(área de engorda)

Migraciones entre area de desove, zonas de

crecimiento y d ealimentacion (periodo anterior al

Niño 1998) (Arcos et al., 2001).

Aplicación al caso del jurel en Chile

Ad/H

j

Aa

(L)

(Harden-Jones, F. 1968. Fish Migration. Edward Arnold Ltd, London)

¿Que pasa cuando una misma especie ocupa varios triángulos de Harden-Jones en zonas vecinas?

¿?

¿?

¿?

Ad/H : adultos desovando y huevos

L : larvas

j : juveniles

Aa : adultos en fase de alimentación

Ad/H

J

Aa

(L)

Ad/H

J

Aa

(L)

Ad/H

J

Aa

(L)

Las tres principales estructuras poblacionales

Poblaciones independientes:

triángulos vecinos pero sin

ningún intercambio entre

poblaciones

D

j A

D

j A

D

j A

Metapoblación: triángulos

independientes pero con

conexiones esporádicas a

nivel de individuos

(intercambio genético)

D

j A

D

j A

D

j A

Patchy population

(poblacion en parches): un

solo triángulo aunque

unos de los ángulos (con

excepción del área de

desove) pueden ser

múltiples

D

A A

j

A

Kritzer y Sales, 2004

Una hipótesis sobre la formación de metapoblaciones pasando de población simple (I) a metapoblación (IV) en 4 etapas

R

J

A

I

A adultos

L larvas

J juveniles

R desove

Population

R

J

A

A

II

Patchy population

R

J

A

A

R

III

Mixed

R

J

A

A

R J

J

AIV

L

Metapopulation

óptima

promedia

mala

Vida posible

Vida imposible Condic

ión a

mbie

nta

l

Metapopulation Patchy population

Población fuente Sub-poblaciones

Una descripción del concepto de metapoblación a través de la “Basin theory” de McCall

Cara

cte

rísticas d

el nic

ho

ecoló

gic

o

óptimo

Poco

conveniente

Espacio

óptima

promedia

mala

Vida posible

Vida imposible Condic

ión a

mbie

nta

l

Metapopulation Patchy population

Población fuente Sub-poblaciones

Condiciones ambientales poco favorables

Cara

cte

rísticas d

el nic

ho

ecoló

gic

o

óptimo

Poco

conveniente

Espacio

óptima

promedia

mala

Vida posible

Vida imposible Condic

ión a

mbie

nta

l

Metapopulation Patchy population

Población fuente Sub-poblaciones

Mejoramiento de las condiciones ambientales

Cara

cte

rísticas d

el nic

ho

ecoló

gic

o

óptimo

Poco

conveniente

Espacio

óptima

promedia

mala

Vida posible

Vida imposible Condic

ión a

mbie

nta

l

Metapopulation Patchy population

Población fuente Sub-poblaciones

Condiciones ambientales óptimas

Cara

cte

rísticas d

el nic

ho

ecoló

gic

o

óptimo

Poco

conveniente

Espacio

óptima

promedia

mala

Vida posible

Vida imposible Condic

ión a

mbie

nta

l

Metapopulation Patchy population

Población fuente Sub-poblaciones

Condiciones ambientales pasando de optimas a promedias

Cara

cte

rísticas d

el nic

ho

ecoló

gic

o

óptimo

Poco

conveniente

Espacio

Estructura poblacional del jurel ¿una metapoblación?

Distribución espacial de las principales especies del género Trachurus

Estructura genética de la población

Los resultados enseñan la existencia de una población única

Bertrand et al 2004b

No limitado en su fisiología a un tipo particular de agua (aunque principalmente

limitado a las aguas subtropicales oxigenadas y moderadamente cálidas)

Figure 5 Scatter plot (grey dots) and cubic spline smoothers fits (black solid lines) of bivariate GAM models based on jack mackerel (c) log-transformed fish back-scattered acoustic energy by surface unit (sA) according to distance to the coast (DC) in nautical miles (1 nautical miles ¼ 1852 m), sea surface temperature (SST) in degree centigrade, salinity and dissolved oxygen (DO) in mL L)1. The black dotted lines show the 95% confidence limits of GAM models. Left y-axis shows the log-transformed fish sA. The right y-axis are in relative scale, they corresponds to the spline smoother that was fitted on the data, so that a y-value of zero is the mean effect of the environmental variable on the response. Positive and negative y-values indicate respectively positive and negative effect on the response. Tick marks on the x-axis show the location of data points.

Las relaciones con las condiciones ambientales (1) C

amp

agn

e d

e p

rosp

ecti

on

aco

ust

iqu

e

Límite vertical del hábitat

0 1 2 3 4 5 6 7

Dissolved Oxygen (mL.L-1)

0

1

2

3

4

5

Lo

g(s

A E

ch

o-t

rac

e)

9 10 11 12 13 14 15 16 17

Temperature (°C)

0

1

2

3

4

5

Lo

g (

sA E

ch

o-t

rac

e) Exclusion zoneExclusion zoneExclusion zone

Ph

ysio

log

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l lim

it

Ph

ysio

log

ica

l lim

it

Ph

ysio

log

ica

l lim

itP

hysio

log

ica

l lim

it

Ph

ysio

log

ica

l lim

itP

hysio

log

ica

l lim

it

El oxigeno es un factor limitante de la distribucion espacial: el jurel no puede pasar

por debajo de la ZMO (la cual es una característica del área)

Las relaciones con las condiciones ambientales (2)

Individuos

dispersos

Agregaciones

pequeñas

Cardúmenes

densos

Agregaciones

medianas

Cubillos et al 2008

Gran plasticidad del jurel frente a temperatura

para el desove: areas de desove no unicamente

definidas por caracteristicas abioticas

GAM presentando las relaciones entre abundancia de huevos y

temperatura de superficie (SST)

Según los años el

preferendum varia de

15º a 19º

Las relaciones con las condiciones ambientales (3a) Reproduccion & Ambiente

Las relaciones con las condiciones ambientales (3b)

Reproducción , 1972-1995 (síntesis de los datos sobre presencia de huevos)

En síntesis: Un área de desove principal al oeste de 80º W entre latitudes 35-40ºS Una (o varias) área(s) de desove costeras entre 12ºS y 25ºS Desoves esporádicos dispersos en toda el área observada

los resultados ulteriores (y

particularmente los de estos

últimos año) confirmaron estas

observaciones.

0

0,1

0,2

0,3

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 110

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1975

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2001

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1976

1977

1978

1979

1980

2011

2010

2009

2008

2007

2006

2005

2004

2003

2002

2000

1999

1998

1997

1996

1995

1994

1993

1992

1991

1990

1989

1988

1987

1986

1985

1984

1983

1982

1981

Las dinámicas demográficas según las zonas (vistas a través de los datos de pesca)

CS Chile N Chile Perú

Según los años

se pueden

observar

diferencias en la

dinámica

demográfica por

área

Cohortes importantes aparecieron de

forma diferentes en la pesca chilena y

la del “Far North”, demostrando la

existencia de desoves y

reclutamientos diferentes según las

áreas

• Population size or density is significantly affected by migrations • Population density is affected by patch areas and isolation • Existence of asynchronous local dynamics • Population turnover, local extinctions and establishment of new populations • Presence of empty habitats • Metapopulations persist despite population turnover • Extinction risk depends on patch area • Colonization rate depends on patch isolation • Patch occupancy depends on patch area and isolation • Spatially realistic metapopulation models can be used to make prediction about metapopulation dynamics in particular fragmented landscape • Metapopulation coexistence of competitors • Metapopulation coexistence of prey and its predator • Evidence of genetic linkage • Genetic or morphometric, meristic or biological/behavioural differences • Existence of source/sink populations • Discrete local populations

• Especie ubiquista de vida larga (>15 años). • Una sola población genética • Similitud de conductas (Chile y Perú) • Comportamiento gregario afectado por El Niño (biomasa y talla de los cardúmenes) • Alta adaptabilidad a las variaciones del ambiente • No tiene exigencias particulares en cuanto a las características del agua (subtropical) • Biomasa altamente variable • El oxígeno es el factor limitante principal • No tiene exigencias particulares para el área de desove • Un área de desove principal permanente y zonas segundarias temporales • Relaciones predador/presa poco claras • Siempre presente en una zona central (80-120ºW, 30-40ºS) • Reclutamiento probablemente relacionado con los ENSO • reclutamiento sumamente exitoso cada 5-10 años • Colapso simultaneo en toda el cinturón al fin de los 90 (relacionado con La Vieja ?) • Bajada luego aumento del área ocupado en el norte (Perú-Ecuador) • Etc…

Características del jurel Condición para una metapoblación

Metodología para identificar una metapoblación

¿Está el stock de jurel del Pacífico Sur organizado en metapoblación?

-Áreas de desove separadas (II) -Reclutamientos independientes III -Distribuciones espaciales diferentes

-Población genética única (I)

Una metapoblación requiere (entre otras condiciones):

-105 -100 -95 -90 -85 -80 -75 -70

-50

-45

-40

-35

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

(I)

(II)

0

10

200

10

0

10

0

10

0

10

0

10

Frec

uenc

i a (

%)

0

10

0

10

200

10

0

10

200

10

200

10

200

10

20

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

Longit ud Horquilla (LH, cm)

LH >25cm ( % Núm er o) LH <26cm ( % Núm er o) % Peso

2 0 0 7

2 0 0 6

2 0 0 5

2 0 0 4

2 0 0 3

2 0 0 2

2 0 0 1

2 0 0 0

1 9 9 9

1 9 9 8

1 9 9 7

1 9 9 6

1 9 9 5

(III) ϖ

ϖ

Conclusión: queda confirmado que las condiciones del stock son las de una metapoblación

R

J

A

A

II

R

J

A

A

R

III

R

J

A

A

R J

J

A IV

L

Population Patchy population Mixed Metapopulation

Consecuencias de la organización en metapoblación para el manejo (1)

R

J

A

I

A adultos

J juveniles

L larvas

R desove

Manejo global Manejos diferenciados

Consecuencias de la organización en metapoblación para el manejo (2)

características particulares de la población fuente

- Patchy population: es la única y todo el stock se maneja de forma clasica;

-metapoblación: la fuente es la única parte “permanente” del stock y requiere de un

manejo específico : la existencia a largo plazo de las sub-poblaciones depende de su

sobrevivencia

óptima

promedia

pésima

Vida posible

Vida imposibleCo

nd

ició

n a

mb

ien

tal

Metapopulation Patchy population

ATENCIÓN: no confundir “manejo independiente” y “manejo

diferenciado”. La metapoblación necesita de un manejo diferenciado

dentro de un sistema global. El manejo independiente sirve para

poblaciones independientes, lo que no es el caso de las metapoblaciones

Aplicabilidad de los métodos tradicionales de manejo pesquero al caso del jurel: el Rendimiento Maximo Sostenible , RMS (en inglés Maximal Sustainable Yield, MSY)

Manejo pesquero: MSY, el paradigma dominante

Growth over-

fishing

Mortality

Growth

Biomass

Beverton y Holt

en Lowestoft in

1954 Edad crítica

“This is logical, and is how a farmer would

produce meat, bearing in mind that he must

leave a breeding stock.”

Beverton and Holt, 1954

Hillis and Arnason 1995

“.. a fishery will yield its

maximum physical returns

if all fish are allowed to grow

to the point where the rate of

increase in weight just

ceases to outstrip losses due

to natural mortality and then

harvested…

Critical age!

Pero todos sabemos

que hay problemas con

este paradigma …

MSY: un muerto …

… desde mas de 40 años.

«Stocks should be kept at biomass levels that

can produce MSY» Convención de las Naciones Unidas sobre el Derecho del Mar (UNCLOS)

UNCLOS (1982) – WSSD ( 2002) Declaration § 31 (a)

¿Porque esta diferencia entre lo que se sabe y lo que se hace?

Un principio criticado desde los 70 por los científicos pero siempre considerado en todas las cumbres

… que es todavía (muy) vivo

Parte « util » de la cohorte

(stock reproductor: mejor

fecundidad, viabilidad de

los huevos, entrenamiento,

etc.)

Desove importante

(40 000 adultos => 109 huevos por desove)

Edad (=talla)

Núm

ero

de indiv

iduos

Mortalidad huevos y larvas

Mortalidad

por predación

(juveniles)

Mortalidad por pesca

Talla primera reproducción

(= talla mínima de captura)

Esquema de una reja de escape en un arrastre, permitiendo pescar

solamente peces grandes (talla de los individuos representada por la

dimensión de las flechas)

“This is logical, and is how a

farmer would produce meat,

bearing in mind that he must leave

a breeding stock.”

Abundancia por

talla

Mortalidad

por predación

(adultos)

Hillis and Arnason 1995

La “logica” de un

ganadero no puede ser la

misma que la de un

pescador

« … ecological dynamics in the oceans can be characterized by nonlinear amplification of stochastic physical forcing by biological processes. [That ] should call into question static conceptions of maximum sustainable yield [because of ] rapid and unpredictable shifts in response to environmental stochasticity and human impact. »

Chi-Hao Hsieh et al (2005)

Otro factor limitante del MSY: su reduccionismo determinista

Esquema de los "regime

shifts" (Collie et al, 2004)

Serie cronológica

de una variable

sometida a un

sistema caótico y

a « atractores

extraños »

(Lorenz, 1963)

Algunas alternativas posibles al MSY cumpliendo con la necesidad de un enfoque ecosistemico

Una nueva estrategia de pesca cumpliendo con el enfoque ecosistémico: el concepto de “Balanced Harvest”

(conferencia y documentos de Serge Garcia)

Bio

mass

Size

La estrategia obedeciendo a las reglas del MSY: pescar unicamente los individuos mas grandes

Produce un desequilíbrio en la cadena trófica y en el ecosistema en general

Balanced harvesting

From Serge M. Garcia, 2012

Fishing

Bio

mass

Size

Pescar “todas” las especies y las tallas proporcionalmente a su productividad natural

Reconcilia los objetivos de mantener la estructura de la comunidad y maximizar la producción

Balanced harvesting

Fishing

From Serge M. Garcia, 2012

«…because the [Darwinian evolutionary] trial-and-error procedure has gone for billions of years, (…) every living thing has or is a machinery for learning, remembering, and forecasting. The objective is to provide anticipatory reactions to the interactions with the external world ". Marchetti

(1998)

Primera observación. Las especies animales desarrollaron estrategias de sobrevivencia para adaptarse a (anticipar) eventos de tipo caótico. Segunda observación. Los animales seleccionaron señales integradoras del ambiente (a) a los cuales reaccionan a umbrales inferiores a las capacidades de medición de los instrumentos actuales o (b) que el hombre no mide.

Otra alternativa conceptual al MSY: El enfoque ecosistémico a través del uso del

comportamiento de las poblaciones

Charles Darwin Jean-Henri Fabre

Es imposible conocer todo un ecosistema: dejemos que los peces lo

hagan para nosotros

40

« Lo simple es falso; lo complicado es inutilisable » Valéry, 1930?

Complex

and multiple

Interactions

Food-Webs with

preferential trophic

interactions

Trophic levels

Food-Chain

La evolución implementa, por el intermedio de patrones comportamentales, algoritmos analógicos que permiten a los animales desarrollar respuestas simples y eficaces a

situaciones procediendo de dinámicas complejas

))

Hacia una « eco-etología pesquera »

« No podemos siempre comprender pero podemos medir » Gerlotto, 2002

Survey VARGET 1/97 (Senegal)

School characteristics (RESON SEABAT)

Distance to the vessel (metres)

Fr

eq

ue

nc

y 0

6

12

18

24

30

36

42

48

54

60

66

72

78

84

9 29 48 68 88

>Survey Ivory Coast Vargget 3/97

Distance to the vessel

Fr

eq

ue

nc

y

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

8 24 40 56 72 88

Survey VARGET 1/97 (Senegal)

School characteristics (RESON SEABAT)

Distance to the vessel (metres)

Fr

eq

ue

nc

y 0

6

12

18

24

30

36

42

48

54

60

66

72

78

84

9 29 48 68 88

>Survey Ivory Coast Vargget 3/97

Distance to the vessel

Fr

eq

ue

nc

y

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

8 24 40 56 72 88

Evitement (Senegal)

Evitement (RCI)

Pas d’évitement (Chile)

Prospection factors Fishery factors Biotic factors

•Surveyed area (geographicalcharacteristics)•The vessel: noise, dimension, speed, light, etc•Period (moonlight, season, rythms, etc.).•The environment: transparency, SST, salinity, sound velocity and absorption, Chlorophylle, etc.

•History of thefishery•Fishing power•Fishing effort

•Species proportions•Schooling behaviour (size, swimming speed and patterns etc.)•school depth•biological cycles (spawning, feeding, migration, etc.)•demographic structure•spatial structure•presence of predators•learning?

Behaviour

Avoidance characteristics:•vertical components•horizontal components•speed and patterns•distance of alarm•school morphology, etc.

Raw data (survey)

Avoidancemodel?

Or Continuousrecording of

avoidanceparameters?

Corrected data: Abundance, school characteristics, assessment, distribution, behaviour etc.

« DNA is an active memory that learns through hypothesis (mutation in a broad sense) and experiment (survival value of the mutated offspring). » Marchetti, 1998

-

Bertrand S., 2004;

2007

-78.5 -78.0 -77.5 -77.0 -76.5

-14.5

-1

4.0

-1

3.5

-1

3.0

-1

2.5

-1

2.0

-1

1.5

Vuelos de Lévy

P(N(x ~ x a

Aves

Pescadores

Aplicación metodologica de los conceptos de “eco-etologia pesquera” (parte inspirada de un trabajo de Jérémie Habasque, robandole figuras)

Eddy kinetic energy in South Pacific (figura prestada por Demarcq y Habasque)

42

Introducir el animal en su ambiente a traves de la observacion directa permanente

Usando los conocimientos y modelos biologicos y ecologicos

y los datos colectados en tiempo real sobre toda el area de distribucion,

…podemos obtener una descripcion del habitat potencial del jurel

SST and CHL-a range estimation

[9-26°C] & >0.07 g/m3

Se modeliza la abundancia del jurel con los parametros ambientales mas relevantes

SST CHL-a

Jack M

ackere

l

sA

SST CHL-a

PERU 1997-

2008

CHILE 1998-

1999

44

Definicion y mapeo del habitat potencial

• posiciones de los barcos de pesca y estrategia de prospección • distribución espaciotemporal de las presas (micronekton) • medición en continuo de índices ambientales : termoclina, oxiclina, etc. • Detección de predadores apicales. • Identificación especifica en caso de uso de multifrecuencia • Posibilidad de detección e identificación automatizada.

Una metodología realizable gracias a la riqueza de la información acústica y oceanográfica colectada a bordo de los barcos de pesca

Sv (blue) and NASC per school

(red) during the trip. EDSU: 0.5

nautical mile

Drawing of the routes and CJM

abundance

Separating the trip in 3 parts: route to fishing grounds

( A ), exploration/exploitation ( E ), return ( R )

A

E R

Análizar los datos acústicos colectados a bordo de un barco durante un viaje de pesca

Echogram of the whole trip

Map of the 150 000 structures

sampled by the 4 main fishing

companies, January-March,

2011

Routes of the 25 fishing trips

used for the research (15000 EDSUs).

Black: distribution of the CJM schools

observed during the trips. Circles are

proportional to the NASCs

Orange: fishing operations

January-March, 2011

Pruebas realizadas durante un taller sobre datos de los pescadores, Lima, marzo de 2011

Datos acústicos sobre jurel proporcionados

por 4 Empresas pesqueras (Enero-Marzo

2011)

Escenario

Historia (series temporales)

Conclusión (1) ¿Y ahora?

¿(Que) podemos predecir en un sistema caótico ? ¿Que metodología desarrollar?

¿predecible?

¿predecible?

impredecible

A. Observar la especie en su ecosistema (in situ) y delimitar su habitat

B. Comprender y reproducir (modelar) los algoritmos seleccionados por la

especie en sus estrategias de sobrevivencia y de adaptación para responder a las presiones del ambiente (ejemplo: estrategia de reproducción)

C. Analizar y modelar sus interacciones (tróficas y no tróficas) con sus presas

/ predadores / competidores / comensales /parásitos /atractores etc.

D. Definir dentro de sus conductas las que son

• Motivaciones autónomas propias a la especie • Reacciones / adaptaciones a los cambios ambientales

E. Efectuar mediciones lo mas exhaustivas posible (uso de los pescadores

como fuente de información eco—etológicas) y grabar simultáneamente las características eco-etológicas y ambientales 3D de todos los compartimientos (desde el plancton hasta los predadores apicales y la pesca)

F. Construir indicadores sobre las métricas obtenidas por los instrumentos de

observación directa

G. Introducir los indicadores en modelos probabilistas con todas las otras

informaciones históricas (escenarios), hidrológicas, climáticas, ecológicas y pesqueras

H. … Rezar para que funcione.

Conclusión (2) Metodología para un manejo de las pesquerías

dentro de un enfoque ecosistémico