Utility of otoliths of Grand Canyon humpback chub Gila cypha for

age determinations and as indicators of ecological history of individuals

Utilidad de los otolitos del charal jorobado del Gran Cañón Gila cypha en determinaciones de edad así como indicadores de la historia ecológica de los individuos

KEYWORDS: humpback chub; Grand Canyon; Little Colorado River; otoliths; ageing; growth rates; movements; life history reconstruction; Arizona

CLAVES: Charal jorobado; Gran Cañón; Pequeño Río Colorado; Otolitos; determinación de edad; tasas de crecimiento; movimientos; historia e vida; Arizona

ABSTRACT

Otoliths of teleosts are crystalline structures of the inner ear, the micro- structure and chemistry of which have been found in other species to contain detailed growth and temperature histories of individuals. We have verified the daily periodicity of increment formation in hatchery populations of the surrogate bonytail chub Gila elegans, and have used daily increments in one of the three otoliths (lapillus) to age young of the year humpback chubs taken in 1990 and 1991 from both the mainstream Colorado River and the Little Colorado River (LCR). Spawning in the LCR appears to correlate with decreasing discharge in that river in spring or early summer. Growth is rapid in the LCR, whereas, all fish taken from the mainstream Colorado (a cold, near- constant temperature river comprised almost entirely of hypolimnetic releases from Glen Canyon dam) are much smaller than individuals of equal age captured in the LCR. Growth in the mainstream is extremely slow, but otoliths indicate that y- o- y occasionally encounter warmer, diurnally cycling, temperature regimes, perhaps tributary mouths or backwaters, where they remain for periods of up to a week and grow at much higher rates. In some individuals taken from the mainstream Colorado, abrupt transitions from periods of rapid to very slow growth are interpreted to equate to movement from the LCR to the much colder mainstream. Ages, otolith structure, and locations of some y- o- y taken from the mainstream almost certainly preclude an origin in the LCR. At least limited spawning and recruitment to at one or two months of age does appear to have occurred in the mainstream or closely associated habitats outside of the LCR, both up- and downstream of the LCR.

The oldest humpback chub sampled to date (N=104) was estimated to be about 22- 23 years old. As expected, growth is very slow after the first few years and the age:length relationship is so highly variable as to make inferences about age from length very imprecise. The lapillus is far preferable to the other otoliths for ageing.

Otoliths are generally extremely pure aragonite (a form of CaCO3), but highly precise analytical techniques have revealed marked periodicities in trace concentrations of Strontium and Flourine. Strontium/Calcium ratios have been found in many marine otolith studies to be correlated with temperature. It seems likely that periodicities seen in humpback chub may relate to movements between the LCR and mainstream Colorado. Further studies addressing this hypothesis, and a search for a trace element or isotope in otoliths which might serve as a marker of periods of residence in either the mainstream Colorado or LCR, are in progress. If a river- specific marker could be found, it might be used to reconstruct chronologies of entire life histories of movements of individuals between the two major Grand Canyon humpback chub habitats, or might be useful to confirm spawning in, or utilization of, other tributaries.

RESUMEN

Los otolitos de teleósteos son estructuras cristalinas del oído medio, la microestructura y química de los cuales se ha encontrado que contiene información detallada del crecimiento y la historia de la temperatura de los individuos. Nosotros hemos verificado la periodicidad diaria de la formación de incrementos en poblaciones de charalito elegante Gila elegans de instalaciones de cultivo, y hemos utilizado los incrementos diarios de uno de los tres otolitos (lapilus) para determinar la edad de juveniles de 1 año de los charales jorobados capturados en 1990 y 1991 tanto del afluente principal del Río Colorado, como del Pequeño Río Colorado (PRC). El desove en el PRC parece estar correlacionado con el decremento en la descarga de ese río durante la primavera o a principios de verano. El crecimiento es rápido en el PRC, mientras que, todos los peces capturados en el afluente principal del Colorado (un río frío, de temperatura casi constante, que comprende casi de manera completa las descargas hipolimnéticas de la presa del Cañón Glen) son mucho más pequeños que los individuos de igual edad capturados en el PRC. El crecimiento en el cauce principal es extremadamente lento, pero los otolitos de los juveniles del primer año indican que ocasionalmente encuentran regímenes de temperaturas más calientes, que son cíclicos diurnamente, los cuales probablemente son bocas tributarias o aguas anteriores, en donde permanecen por períodos mayores a una semana y crecen a tasas más rápidas. En algunos individuos capturados en el cauce principal del Colorado, se interpretaron cambios buscos en la anchura de las marcas como transiciones abruptas entre períodos de crecimiento rápido y crecimiento lento como puede ser debido a sus movimientos desde el PRC hacia el cauce principal que es mucho más frío. Las edades, la estructura de los otolitos y la ubicación de algunos juveniles del primer año capturados en el cauce principal casi seguramente indican un origen fuera del pequeño Río Colorado. Por lo menos el desove y reclutamiento limitado hasta los dos meses de edad parecen haber ocurrido en el cauce principal del Colorado o en habitats cercanamente asociados afuera del PRC, ambos río arriba y río abajo del PRC.

El charal jorobado más viejo muestreado (N=104) para determinación de edad se le determinó alrededor de 22 a 23 años. Como era de esperarse, el crecimiento es muy lento después de los primeros años y la relación edad- longitud es tan altamente variable que las inferencias de edad a partir de la longitud se hace de una manera muy imprecisa. El lapilus es el otolito de mayor preferencia para determinación de edad.

Los otolitos casi en su totalidad están compuestos de aragonita pura (una forma CaCO3), pero técnicas analíticas precisas han mostrado que existen periodicidades notorias de concentraciones trazas de estroncio y fluoruro. Se ha visto que en estudios con otolitos marinos la relación entre estroncio- calcio tiene relación con la temperatura. Parece ser que las periodicidades vistas en el jorobado pueden estar relacionadas con movimientos entre el PRC y el afluente principal del Colorado. Están en proceso estudios adicionales quesobre esta hipótesis y una búsqueda de elementos traza o de isótopos en los otolitos, los cuales pueden servir como marcadores de períodos de residencia ya sea en el cauce principal del Colorado o en el PRC. Si se pudiera encontrar un marcador específico de un río, este podría ser usado para reconstruir cronologías completas de los ciclos de vida y los movimientos de los individuos entre los dos principales habitats del charal jorobado del Gran Cañón, o podrían ser útiles para confirmar los desoves dentro de otros tributarios o la utilización de los mismos.

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