Can contemporary evolution explain the many enigmas in recent dynamics of Norwegian spring-spawning herring?

Norsk vårgytende (NVG) sild er en av de største pelagiske bestandene i verden og sannsynlig også en av den best forsket og dokumenterte, med tidsseriedata på blant annet fangst tilbake til 1899, populasjondynamikk tilbake til 1904 og biologiske data på individnivå fra og med 1935. Bestandens dynamikk har likevel vært gåtefull og vanskelig å forutsi, og derfor bestandsberegningen har overestimert bestandstørrelsen over flere år. I tillegg og i motsatt til teori og observasjoner i flere bunnfiskbestander som torsk - ingen evolusjonære forandringer i alder eller størrelsen ved første gyting i følge av høy fiskepress har blitt observert. Spørsmål er derfor hva driver virkelig dynamikken i pelagiske bestander som NVG sild og hvordan de er påvirket fra seleksjonstrykk av fiskeri. I prosjektet vårt vi har brukt massivt datamengde på NVG sild, andre arter og økosystemet og anvendt livshistoriske teori og en kombinasjon av statistiske og simuleringsmodeller for å undersøke hvordan disse observerte mønstrene henger sammen og utforske hvordan miljø, fiskeri og evolusjon driver populasjonsdynamikken. Første tilnærmingen vårt til disse spørsmålene var brede analyser av rekrutteringsdynamikken i nordøstatlantiske fiskebestander. I tre resulterende vitenskapelige artikler (en publisert, en foreløpig akseptert, en i forbereding) vi har 1) vist at tetthetsavhengig rekruttering er dominerende interne drivkraft av populasjonsdynamikker, 2) hvordan variasjon i dødelighet av tidlige livsstadier influenser forhold mellom gytebestand og rekruttering, og 3) funnet felles trender i rekrutteringsvariabilitet som er knyttet til miljøfaktorer. I tillegg vi har vist i et publikasjon at forbedring i forvalting har resultert i bestandsvekt i mange nordøstatlantiske fiskebestander i siste år men rekruttering hadde også en viktig bidrag. Vi har organisert og ledet i 2017 en temasesjon på ICES Annual Science Conference for å presentere og diskutere disse resultater i et internasjonalt forskningsområde. For det andre, vi har utviklet en simuleringsmodell for å studere hvordan adferds-selektiv fiske (som målrettet for eks. fiskestimer eller aktivt jagende fisk) påvirker livshistorieendringer i vekst, naturlig dødelighet og modningsalder. Resultater har vært publisert i en vitenskapelige tidsskrift og presentert på en internasjonal konferanse. Denne første to studier har lagt grunnlag for mer spesifikk og detaljert analyser av dynamikken i NVG sild som er fokusert på forandringer i vekst og reproduksjon over tid, basert på eksisterende tidsserier av skjellringer, lengde, vekt og gonader. Tre vitenskapelige artikler med resultatene er underveis. I en ytterlig analyse vi utforske hvordan naturlig dødelighet i NVG sild har forandret seg over tid og hvordan sprengning av fiskegarn og frigjøring av fanget fisk kan øke dødelighet, med konsekvenser på populasjonsdynamikk og bestandsberegning. Fordi vi har funnet at eksisterende tidsserie av merkedata er ikke godt nok for omfattende statistiske analyse vi har brukt denne informasjon for å definere hypoteser om forandringer i naturlig dødelighet over tid og fokusert på hvordan denne skjult dødelighet kan forårsake feil i bestandsestimeringer. Del av prosjektet var gjennomført i utland under forskningsopphold på University of Glasgow, Storbritannia, og University of California Santa Cruz, USA mellom 2017 og 2018, som har resultert i en eksperimentelle studie om atferdsseleksjon, en nye metode for å estimere bestandsproduktivitet fra livshistorieparameter og utvikling av en statistiske metode for å prognosere nonlineare dynamikker i rekrutering. Stipendiat i prosjektet har oppnådd doktorgrad i Januar 2019. Gjenstående forskning i prosjektet og resulterende vitenskapelige artikler er avansert og forventet å være ferdigstilt under 2019. Konklusjoner og hypoteser fra prosjektets forskning vil også være fortsett av involverte forskerne, spesielt som del av to doktorgradsprosjekter på Universitetet i Bergen. Vi har også presentert prosjektet og dets framgang til offentlighet, spesielt på sosiale medier og prosjektets webside conevolher.imr.no.

The results of the project helped to move forward the research on NSS herring and population dynamics of Northeast Atlantic stocks in general. This may contribute in the long run to improvements in stock assessment and forecasts, with potential benefits to the fisheries and society. The project served to strengthen established international collaboration networks (IFREMER, France, and UCSC, USA) and form new ones (University of Glasgow, UK, and SWFSC/NOAA, USA), which will continue beyond the current project and benefit future research. It also crucially contributed to the development of competences and qualifications for all three people that formed the project core team, leading to an assistant professorship at UiB, a researcher position at IMR and a doctoral degree.

Pelagic fish constitute a cornerstone of marine ecosystems and marine food production, sustaining one quarter of the global fish catch. In addition to being intensively harvested, they are infamous for seemingly unpredictable stock collapses, and they have intricate behaviours and life histories. Current evolutionary theory predicts that intensive fishing may lead to declining maturation ages, which has been corroborated by time-series analysis from demersal fish stocks. However, no similar trends have been detected in pelagic planktivores, regardless of sustained harvest pressure. Is the lack of a response in these species proving existing theory wrong? Or is something else going on with pelagic fish, making them an exception where mechanisms and traits not yet elucidated determine responses to anthropogenic influence? Norwegian spring-spawning (NSS) herring is not only one of the biggest pelagic fish stock in the world, but also one of the best documented, with time-series for population dynamics extending back to 1904 and with individual biological data from 1935. These data reveal large changes in growth (towards shorter and thicker herring), and an increasing discrepancy between acoustic stock estimates and realized population development, suggesting new drivers of population dynamics. This project will study fishing as a driver of change by developing statistical methods for in-depth analyses of the exceptional time-series of observational data. We will investigate also the role of other drivers such as climate, density dependence, year class strength, and competitor abundance. Where relevant we will include data on other planktivores. The insights gained will be of relevance also for other mega-fisheries on sardines and anchovy, and by consequence, the ecosystems they dominate. This project is going to recruit a PhD-candidate and a Postdoc, and thus contribute to the education and career development of two young scientists.