​Tracking changes in seabird populations from remote Arctic regions using traditional
monitoring techniques is financially and logistically challenging, leading to limited
information on historical population trends. In this pilot study, we use a novel application
of paleolimnological proxies to track environmental change using bird nests.
Specifically, we examine long-term population dynamics of the Northern Common
Eider (Somateria mollissima borealis), a philopatric sea duck. Eider nests from
the Canadian sub-Arctic were sampled and radioisotopically dated, indicating that
eiders have been nesting here since the 1800s. To assess the applicability of paleoecological proxies in nests to monitor environmental changes and long-term eider
population dynamics, we examined changes in diatom species composition, shifts
in the abundance of siliceous proxies (i.e., diatoms, chrysophyte cysts, phytoliths,
protozoan plates), visible reflectance spectroscopy-inferred chlorophyll a (VRS-chla),
stable nitrogen isotopes, and a selection of metal(loid)s. Warmer post-Little Ice Age
conditions after the mid-19th century, together with higher eider occupation rates,
promoted the proliferation of diatoms and other siliceous indicators. Declining eider
populations during the industrial era, likely due to increased hunting pressures, was
indicated by declines in δ15N values and relative abundances of diatom taxa typically
associated with higher nutrients and/or moisture. Increasing concentrations of metals
(i.e., Zn and Cd), δ15N values, and VRS-chla, which are positively associated with
eider nesting activity, provided further support that eider numbers increased during
the latter part of the 20th century. Our study shows that the accumulated vegetative
and peat material from eider nests can provide a powerful tool to track historical bird population dynamics in ways that traditional, more recent, population monitoring methods cannot. Collectively, these methods can contribute insights to guide conservation decisions of this harvested species and other under-surveyed species.


El seguimiento de los cambios en las poblaciones de aves marinas en regiones remotas del Ártico mediante técnicas tradicionales de monitoreo resulta costoso tanto a nivel financiero como logístico, lo que se traduce en una información limitada sobre las tendencias poblacionales históricas. En este estudio piloto, aplicamos una novedosa aproximación paleolimnológica para rastrear cambios ambientales utilizando nidos de aves. En concreto, examinamos la dinámica poblacional a largo plazo del eider común boreal (Somateria mollissima borealis), un pato marino filopátrico.
Se muestrearon nidos de eider procedentes del subártico canadiense y se dataron mediante radioisótopos, evidenciando que estas aves nidifican en la zona desde el siglo XIX. Para evaluar la aplicabilidad de los proxies paleoecológicos en nidos como herramienta para monitorear cambios ambientales y la dinámica poblacional a largo plazo de los eider, analizamos variaciones en la composición de especies de diatomeas, cambios en la abundancia de proxies silíceos (diatomeas, cistos de crisofíceas, fitolitos, placas de protozoos), clorofila a inferida mediante espectroscopía de reflectancia visible (VRS-chla), isótopos estables de nitrógeno y una selección de metaloides.
Las condiciones más cálidas posteriores a la Pequeña Edad de Hielo, tras mediados del siglo XIX, junto con mayores tasas de ocupación de los nidos, favorecieron la proliferación de diatomeas y otros indicadores silíceos. El declive de las poblaciones de eider durante la era industrial, probablemente debido a un aumento de la presión cinegética, quedó reflejado en la disminución de los valores de δ¹⁵N y en la reducción relativa de taxones de diatomeas típicamente asociados a niveles más altos de nutrientes y/o humedad.
El incremento de las concentraciones de metales (como Zn y Cd), de los valores de δ¹⁵N y de la VRS-chla, que se asocian positivamente con la actividad de nidificación, aportó evidencia adicional de que las poblaciones de eider aumentaron durante la última parte del siglo XX. Nuestro estudio demuestra que el material vegetal y la turba acumulados en los nidos de eider pueden constituir una herramienta poderosa para reconstruir la dinámica poblacional histórica de aves de un modo imposible de lograr mediante métodos de monitoreo poblacional más recientes y tradicionales. En conjunto, estos métodos pueden aportar información valiosa para orientar decisiones de conservación de esta especie explotada y de otras especies poco monitoreadas.



Link to the manuscript: 
https://doi.org/10.1371/journal.pone.0332605

Seabird colonies with long-term monitoring are rare, but understanding their population history can help inform conservation. This study focuses on the northern gannet colony at Cape St. Mary’s (CSM) Ecological Reserve in Newfoundland, Canada, which has data dating back to 1883. We wanted to go even further into the past, so we analyzed sediment samples from a nearby pond, which revealed environmental indicators (called ornithogenic proxies) about seabird activity. We found that significant signs of seabird presence began between 1832 and 1910, aligning with historical records of gannets in the area. The data also showed that the colony grew rapidly throughout the 20th century, peaking around 2005, matching the recorded maximum population in 2009. This research highlights the value of using paleolimnology (the study of ancient lakes and ponds) to track seabird populations and aid conservation efforts.


Las colonias de aves marinas que han sido monitoreadas a largo plazo son poco comunes, pero comprender su historia poblacional es clave para su conservación. Este estudio se centra en la colonia de alcatraces norteños en la Reserva Ecológica de Cape St. Mary’s (CSM) en Terranova, Canadá, cuyos datos se remontan a 1883. Nuestro objetivo era ir más atrás en el tiempo, por lo que analizamos muestras de sedimento de una laguna cercana, revelando indicadores ambientales (llamadas proxies ornitogénicas) sobre la actividad de aves marinas. Descubrimos que los primeros signos importantes de la presencia de aves aparecieron entre 1832 y 1910, coincidiendo con los registros históricos de alcatraces en la zona. Los datos también mostraron un rápido crecimiento de la colonia a lo largo del siglo XX, con un máximo alrededor de 2005, coincidiendo con el mayor tamaño de la población en 2009. Este estudio destaca el valor de la paleolimnología (el estudio de lagos y lagunas antiguos) para seguir la evolución de poblaciones de aves marinas y contribuir a su conservación.




Link to the manuscript:
www.nature.com/articles/s41598-024-69860-z

In June 2023, we conducted a new sampling in Nova Scotia. On this occasion, the objectives of the trip were: a) to visit St. Paul Island for the first time and sample various lagoons there that had not been previously studied; b) to revisit Seal Island to obtain a longer sediment core than the one obtained last year using a different sampling technique (peat core); and c) to sample a lagoon on Bon Portage Island, which has been previously studied and where various bird colonies nest.

This sampling was carried out in collaboration with the University of Newfoundland (specifically Dr. Kathryn Hargan and her PhD student Katie Lau) and Environment and Climate Change Canada (ECCC).

Durante Junio de 2023 llevamos a cabo un nuevo muestreo en Nueva Escocia. En esta ocasión, los objetivos de este viaje fueron: a) Visitar la isla de St Paul por primera vez y muestrear distintas lagunas de allí que no han sido previamente estudiadas; b) revisitar la isla de Seal para obtener un testigo de sedimento más largo al obtenido el año pasado empleando otra técnica de muestreo (peat core) y c) muestrear una laguna en la isla de Bon Portage ha sido previamente estudiada y donde anidan distintas colonias de aves.

Este muestreo se llevó a cabo en colaboración con la Universidad de Newfoundland (en concreto la Dra. Kathryn Hargan y su alumna predoctoral Katie Lau), y Environment and Climate Change Canada (ECCC).

With the aim to keep working on the sampling for the project, we contact with several bird experts from Canada: Douglas Hynes (Protected Areas Technician for Environment and Climate Change Canada) and Karel Allard (Protected Areas Coordinator for Environment and Climate Change Canada) with whom my supervisor Dr. John Smol previously collaborated.
After some meetings, they mentioned the possibility of performing the sampling during autumn in different islands from Nova Scotia.
The idea was to perform this field work within the expedition of the Foundation "Students on Ice (SOI)", that will take place from 3 to 29 Sept and in which different people linked to the ocean (scientists, students, divers, musicians, artists...) will do samplings and will share their work.

After talking with some SOI members, we decided to embark from Sept 21 to 29, since it is when the islands that we are interested on will be visited.

We sampled 7 ponds from 7 different islands: Seal Island (22 Sept); (during Sept 23 and 24 Hurricane Fiona hit the area so we had to stay in a safe port); Port Mouton Island (25 Sept), Cape La Have Island  and Pearl Island (26 Sept), Big Halibut Island and Beaver Island (27 Sept), Wolfe Island (28 Sept).

It was an amazing experience and it was very enlightening to be able of sharing with such different people from different areas. 
 
More info about this expedition is available in its webpage: 
https://soifoundation.org/en/youth/expeditions/ocean-conservation-expedition

Con el fin de continuar con los muestreos de este proyecto, nos pusimos en contacto con distintos expertos en aves de Canadá como Douglas Hynes (Protected Areas Technician for Environment and Climate Change Canada) y Karel Allard (Protected Areas Coordinator for Environment and Climate Change Canada) con los cuales mi supervisor el Dr. John Smol había colaborado previamente.
Tras una reunión llevada a cabo en Junio de 2022, ellos nos mencionan la posibilidad de ir a muestrear en otoño de ese mismo año a distintas islas localizadas en Nueva Escocia, por lo que comenzamos a planificar el viaje.
La idea era llevar a cabo dichos muestreos dentro de una expedición que tendrá lugar gracias a la Fundación “Students On Ice (SOI)”, la cual tendría lugar durante el mes de Septiembre (3-29 de Septiembre) y en la cual distintos profesionales y estudiantes vinculados al océano (científicos/as, buceadores/as, músicos/as, artistas…) realizarán distintos muestreos y pondrán en común sus trabajos.

​After some meetings with experts in the field, we consider that the best area to work on was the Lake Winnipeg (Manitoba) (we also sampled some ponds in St Martin Lake due to the climatic conditions), where there are several bird colonies that were previously surveyed.
After this, taking into account that birds abandon the nests at the beginning of August, we planned the sampling with guides from the area. This field work took place from 29 of August until the 2nd of September.
We sampled 8 ponds from 8 islands: Big Egg, Little Tammarak, Black Bear 1 (August 30); Black Bear 2, Black Bear 3 (August 31); Dunsekikan, Kakakokokin,  Sugar (September 1st).

Debido a que mi proyecto trata de estudiar los cambios a largo plazo en poblaciones de aves mediante el uso de la paleolimnología, debíamos escoger un sitio que cumpliera los siguientes requisitos:
1. Que tuviera varias lagunas cercanas unas a otras y que fueran posible ser muestreadas
mediante la toma de testigos de sedimento (cores).
2. Que en la mayoría de estas lagunas hubiera colonias de aves acuáticas anidando.
3. Que no hubieran sido previamente estudiadas.

With the aim to have more information about the past environmental conditions and nutrients, it is important to measure sedimentary Chla. Therefore, the freeze-dried sediment is sieved (125-µm mesh) and analyzed in glass vials using visible range spectroscopy (VRS) with a Model 6500 series Rapid Content Analyzer (FOSS NIRSystems Inc.). Chlorophyll a concentration was inferred from spectral data using a linear equation obtained from the area under the peak between 650 and 700 nm. More details about this methodology can be found in Michelutti et al. (2010) and Michelutti and Smol (2016).

Diatoms will provide information about past environmental conditions such as pH or nutrients. Generally, with the aim to select the better dilution, we want to have between 2 and 5 diatom valves per field of view. It is important to cover 1/3-1/2 of the coverslip since the density of the diatoms will be different and the distribution of them could be non-random. Unless we have only one dominant taxa (>95%), we will count approximately 400 valves.
The first step will be to take pictures of the most abundant taxa, we will measure them too for making easier their identification. After that, by using some guides such as Krammer and Lange-Bertalot (1986–1991) we will identify the taxa to species if possible. Some other siliceous indicators (cysts, protozoan plates, phytoliths) may be also useful for studying the past environmental conditions.

 
La identificación de las diatomeas nos dará mucha información acerca de condiciones ambientales pasadas como pH o la concentración de nutrientes. Generalmente, para determinar cuál es la mejor dilución para usar, tendremos en cuenta el tener de 2 a 5 valvas de diatomeas por campo de visión. Es importante cubrir 1/3 a ½ del cubreobjetos ya que la densidad de las diatomeas varía y es posible que su distribución no sea del todo aleatoria. A no ser que nuestra muestra sea poco diversa y predomine sólo un taxón con una abundancia >95%, contaremos aproximadamente 400 valvas.
El primer paso será tomar fotos de los taxones más abundantes de la muestra, tomaremos medidas de éstos también para facilitar su identificación. Después de esto, utilizando distintas guías de identificación como las de Krammer and Lange-Bertalot (1986–1991) identificaremos los taxones hasta el nivel más bajo posible. Otros indicadores silíceos (quistes, placas de protozoos, fitolitos) pueden ser también útiles a la hora de determinar las condiciones ambientales pasadas.

Once our slurries reach neutral pH, aliquots of these slurries will be pipetted onto coverslips. Usually, unless you are sure about the abundance of diatoms that your samples have, 4 concentrations will be used (A, B, C, D) to make our counting factible. It is better to have one of our samples too concentrated, than to have all four samples too sparse. The slurry will be very well mixed before taking a subsample with the pipette by keeping it in constant motion with the pipette. Dilution A will be the slurry without adding any additional water, the rest of dilutions will make by removing 1/2 of the slurry contents one pipette-full at a time and filling the tube's contents with deionized water to about 3/4 full. The coverslips will be dried with a slide warmer.
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Once we have the coverslip dried, we will place a small drop of NAPHRAX centrally onto a slide, we will pick the cover slip with tweezers and will heat the cover slip by using a hotplate, and we will place the cover slip (side down) onto the NAPHRAX. We will give a gentle tap with the tip of the glass rod to help spread the NAPHRAX. Finally, we will heat the slide on the hotplate until it starts to bubble being careful about not burning the resin.

Una vez que el sobrenadante está a pH 7, pipeteamos alícuotas de éstos en cubres. Normalmente, a no ser que estemos seguras acerca de la abundancia de diatomeas en nuestras muestras, usaremos 4 diluciones distintas (A, B, C, D) con el objetivo de hacer factible el conteo, es mejor tener una muestra muy concentrada que cuatro muy diluidas. Mezclaremos muy bien el sobrenadante antes de tomar la submuestra con la pipeta, mezclando continuamente con la pipeta. La dilución A será la submuestra tomada directamente del sobrenadante, el resto de diluciones se harán dejando la mitad del sobrenadante en el tubo y añadiendo agua desionizada hasta llenar el tubo ¾. Los cubres se secarán usando un secador de portaobjetos.
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Una vez que los cubres están secos, tomaremos con una pipeta un pequeña gota de NAPHRAX y la colocaremos en el cubreobjetos, cogeremos un cubreobjetos con pinzas y lo colocaremos en una placa térmica, tomamos el cubre y lo colocamos boca abajo en el NAPHRAX. Damos unos golpecitos con un palito de vidrio para ayudar a que el NAPHRAX se distribuya mejor. Finalmente, calentamos el portaobjetos en la placa térmica hasta que burbujee teniendo cuidado de no quemar la resina. 

Once in the lab the first step is to weight the sediment (wet weight), after that we will place the sediment samples in a freezer. The frozen samples will be freeze dried and weighted again (dry weight). This will allow us to know the water content of the samples that will be useful for dating them.
Next steps will depend on the indicators that we want to study next. In the case of the diatoms, we will weight approximately 0.1 g of freeze-dried sediment (this will depend on the abundance of diatoms), this sediment will be digested by using a 1:1 molecular weight ratio of concentrated H2SO4 and HNO3 and heated at 80°C for 2 hours. The slurry will be rinsed every 24 hours with deionized water until neutral pH. This is carried out with the aim to eliminate the organic matter from the samples, since diatoms are composed by silica they will not be affected by acids.

​Una vez en el laboratorio el primer paso será pesar las muestras de sedimento (esto será nuestro peso húmedo), a continuación, colocaremos las muestras en el congelador. Después las muestras congeladas serán secadas y pesadas de nuevo (peso seco). Esto será útil para obtener el porcentaje de humedad de las muestras que necesitaremos para la datación de éstas.
Los siguientes pasos dependerán de los indicadores con los que queramos trabajar a continuación. En el caso de que vayamos a estudiar diatomeas, debemos pesar aproximadamente 0.1 gramos de sedimento seco (esto dependerá de la abundancia de diatomeas en la muestra), este sedimento será digerido usando H2SO4 and HNO3 concentrado (1:1 peso molecular) y calentado a 80°C durante 2 horas. El sobrenadante será lavado cada día con agua desionizada hasta alcanzar un pH neutro. Esto se realiza con el fin de eliminar la materia orgánica presente en la muestra y quedarnos sólo con las diatomeas que, al estar compuestas mayoritariamente por sílice, no se verán afectadas por el ácido.

Una vez que tenemos el core de sedimento procederemos a seccionarlo. Normalmente nosotros realizamos secciones de 0.5 cm, pero dependerá del período qué queramos estudiar y de la tasa de sedimentación del lago. Tenemos que tener en cuenta que el sedimento de la capa más superficial será el más "nuevo" mientras que conforme vayamos profundizando en éste, el tiempo que tiene ese sedimento irá aumentando.
Realizamos las distintas secciones colocando el sedimento en bolsas herméticas las cuales irán rotuladas con el nombre del lago, fecha e intervalo (por ejemplo 0-0.5 cm) y que serán colocadas en una nevera.
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After sampling the sediment core we will section it by using a extruder. Normally we use sections every 0.5 cm, but this should depend on the period that we want to study as well as the sedimentation rate of the lake. It is needed to have in mind that the most superficial section in the sediment will be the "youngest" while the deeper intervals will be more and more older. 
Every section of the sediment will be placed in a zip bag that will be labeled with the name of the lake, date of sampling and interval (e.g. 0-0.5 cm). Bags will be stored in coolers.


More info: ​https://www.queensu.ca/pearl/methods/extruding.php