Statolith microchemistry as a technique for discriminating among Great Lakes sea lamprey (Petromyzon marinus) spawning tributaries

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Abstract

Laurentian Great Lakes fishery management agencies are seeking ways to identify natal origins of parasitic- and spawning-phase sea lamprey (Petromyzon marinus) so that efforts to control this invasive species can be prioritized. We developed laser-ablation inductively coupled plasma mass spectrometry (LA-ICP-MS) as a technique to quantify elemental concentrations in larval sea lamprey statoliths and explored the use of statolith microchemistry as a tool to discriminate among larval sea lamprey production streams. Our analyses demonstrate that (i) traversing across the statolith with the laser is preferable to drilling down through its apex, (ii) preserving specimens in 95% ethanol versus freezing them has minimal effects on elemental concentrations, (iii) a minimum of 15 individuals per stream should accurately depict stream-specific statolith elemental signatures, and (iv) LA-ICP-MS is preferable to particle-induced X-ray emission (PIXE) for statolith analysis, based on higher precision, lower cost, reduced sampling-time requirements, and wider availability. Using LA-ICP-MS, we could discriminate among larvae from 13 streams located in Lakes Michigan, Huron, and Superior with 82% classification accuracy, indicating that this tool holds promise for determining natal origins of sea lamprey in the Great Lakes.

Les agences de gestion des pêches des Grands Lacs laurentiens sont à la recherche de méthodes pour identifier les lieux de naissance des phases parasites et reproductrices de la grande lamproie marine, Petromyzon marinus, de manière à établir des priorités dans les efforts pour contrôler cette espèce envahissante. Nous utilisons une technique de spectrométrie de masse à plasma induit couplée à l'ablation laser (LA-ICP-MS) pour mesurer les concentrations d'éléments dans les statolithes des grandes lamproies marines et nous explorons l'utilisation de la microchimie des statolithes comme outil pour discriminer entre les cours d'eau producteurs de larves de grandes lamproies. Nos analyses démontrent que (i) il est préférable de traverser le statolithe avec le laser que de le forer à travers l'apex, (ii) la préservation des spécimens dans l'éthanol à 95% plutôt que par la congélation a des effets minimaux sur les concentrations d'éléments, (iii) un minimum de 15 individus par cours d'eau devrait permettre de décrire avec exactitude la signature des éléments spécifique à chaque cours d'eau et (iv) la LA-ICP-MS est préférable à l'émission de rayons X induite par particules chargées (PIXE) pour l'analyse des statolithes à cause de sa précision plus élevée, son coût moindre, le temps moins long requis pour l'échantillonnage et sa disponibilité plus grande. À l'aide de la LA-ICP-MS, nous avons pu discriminer les larves provenant de 13 cours d'eau situés aux lacs Michigan, Huron et Supérieur avec des classifications réussies dans 82% des cas; c'est donc un outil prometteur pour la détermination de l'origine à la naissance des grandes lamproies de mer des Grands Lacs.

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