Life in a cold-water environment: Allometric adaptations of cetaceans in Skjálfandi Bay, Iceland

Abstract

Energy drives all biological processes and constrains how animals acquire, allocate, and expend resources to maintain fitness. This thesis investigates bioenergetic strategies in sympatric cetaceans inhabiting cold subarctic waters. Focusing on five different-sized species in Skjálfandi Bay, Iceland (harbour porpoises, white-beaked dolphins, minke whales, humpback whales, and blue whales), this study combines UAV photogrammetry and bioenergetic modelling to examine how body size influences heat loss (Article I), field metabolic rate (FMR; Article II), and energetic requirements (Article III) under shared environmental conditions. Heat loss scaled predictably with body size, with absolute heat loss increasing and volume-specific heat loss decreasing across species. Smaller cetaceans exhibited higher surface-area-to-volume ratios (SVR) and therefore higher relative heat loss, partly offset by increased blubber thickness and lower thermal conductivity. In contrast, larger species benefited from reduced SVR and lower relative heat loss. FMR also scaled with body size, with absolute FMR increasing and mass-specific FMR decreasing. Species with higher SVR exhibited higher mass-specific FMR, indicating a correlation between thermoregulatory costs and metabolic scaling. Cetacean FMR estimates were generally higher than predictions for similarly sized terrestrial mammals. Energetic requirements and prey consumption followed the same pattern, with larger species having higher absolute but lower mass-specific requirements. Smaller cetaceans required a greater proportion of their body mass in prey, whereas larger species dominated total prey removal at the population level. Overall, the findings of this thesis show that body size is a primary driver of bioenergetic strategies in cetaceans, shaping their life-history traits and ecological roles.

Orka er nauðsynleg öllum líffræðilegum ferlum og takmarkar hvernig lífverur ná í og nýta auðlindir til að viðhalda hæfni. Þessi ritgerð rannsakar orkunotkun og nálganir sjávarspendýra í köldum höfum. Skoðaðar voru fimm misstórrar tegundir sem finnast í Skjálfanda (hnísur, hnýðingar, hrefnur, hnúfubakar og steypireyðar), með myndefni úr drónum og líkönum um orkunotkun. Könnuð voru áhrif á hitatap (grein 1), efnaskiptahraða á vettvangi (e. Field metabolic rate, í grein 2) og orkuþörf (grein 3), allt við sömu umhverfisaðstæður. Hitatap var tengt líkamsstærð og tegund, bæði heildar og stærðartengt hitatap sýndi samband við líkamsstærð. Minni hvalir voru með hærra hlutfall yfirborðs á móti þyngd og töpuðu því meiri hita, en bættu það upp með meiri fitu og minni hitaleiðni. Stærri tegundirnar treystu meira hagstæðara hlutafall yfirborðs og þyngdar, sem og minna hlutfallslegt hitatap. Efnaskiptahraði á vettvangi, bæði mældur og hlutfallslegur miðað við þyngd, fylgdi einnig likamsstærð. Tegundir með hærra hlutfall yfirborðs og þyndar voru með hærri hlutfallslegan efnaskiptahraða, sem bendir til sambands milli kostnaðar við hitastýringu og efnaskipta. Miðað við spendýr á landi af svipaðri stærð, virðast hvalir hafa hærri efnaskiptahraða. Þörf fyrir efnaskipti og næringarinntöku sýndi sambærileg mynstur, stærri tegundir höfðu hærri mæld gildi en lægri gildi þegar þau voru stöðluð með þyngd. Minni hvalir þurfa hlutfallslega meira af fæðu miðað við líkamsstærð, en stærri dýrin virðast skipta meira máli fyrir fæðunám í heildina. Í það heila sýna niðurstöður ritgerðarinnar að líkamsstærð er veigamesti þáttur í orkubúskap hvala, og tengist bæði lífssögu þeirra og vistfræði.