Incorporating Uncertainty into Demographic Modeling: Application to Shark Populations and Their Conservation

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Abstract

Abstract: I explored the effect of uncertainty in demographic traits on demographic analyses of sharks, an approach not used before for this taxon. I used age-structured life tables and Leslie matrices based on a prebreeding survey and a yearly time step applied only to females to model the demography of 41 populations from 38 species of sharks representing four orders and nine families. I used Monte Carlo simulation to reflect uncertainty in the estimates of demographic traits and to calculate population statistics and elasticities for these populations; I used correlation analysis to identify the demographic traits that explained most of the variation in population growth rates ( λ ). The populations I examined fell along a continuum of life-history characteristics that can be linked to elasticity patterns. Sharks characterized by early age at maturity, short lifespan, and large litter size had high λ values and short generation times, whereas sharks that mature late and have long lifespans and small litters have low λ values and long generation times. Sharks at the “fast” end of the spectrum tended to have comparable adult and juvenile survival elasticities, whereas sharks at the “slow” end of the continuum had high juvenile survival elasticity and low age–zero survival ( or fertility ) elasticity. Ratios of adult survival to fertility elasticities and juvenile survival to fertility elasticities suggest that many of the populations studied do not possess the biological attributes necessary to restore λ to its original level after moderate levels of exploitation. Elasticity analysis suggests that changes in juvenile survival would have the greatest effect on λ, and correlation analysis indicates that variation in juvenile survival, age at maturity, and reproduction account for most of the variation in λ. In general, combined results from elasticity and correlation analyses suggest that research, conservation, and management efforts should focus on these demographic traits.

Abstract

Resumen: Exploré los efectos de la incertidumbre en los caracteres demográficos en análisis demográficos de tiburones, un método no empleado con anterioridad para este taxón. Utilicé tablas de vida estructuradas por edades y matrices de Leslie basadas en evaluaciones pre-gestación y pasos de tiempo de un año aplicados solo a las hembras para modelar la demografía de 41 poblaciones de 38 especies de tiburones que representan cuatro órdenes y nueve familias. Utilicé la simulación de Monte Carlo para reflejar la incertidumbre en las estimaciones de caracteres demográficos y calcular las estadísticas y elasticidades poblacionales para estas poblaciones y el análisis de correlación para identificar los caracteres demográficos que explican la mayoría de la variación en las tasas de crecimiento poblacional ( λ ). Las poblaciones examinadas caen dentro de un continuo de características de historias de vida que pueden estar vinculadas con los patrones de elasticidad. Los tiburones que maduran a temprana edad y tienen corta duración de vida y grupos grandes de crías tuvieron valores altos de λ y tiempos generacionales cortos, mientras que los tiburones que maduran tarde y tienen una duración de vida larga y grupos pequeños de crías tienen valores bajos de λ y tiempos generacionales largos. Los tiburones que se encuentran en el punto final “rápido” del espectro tendieron a tener elasticidades de supervivencia de adultos y juveniles comparables, mientras que los tiburones en el punto final “lento” del continuo tuvieron una alta elasticidad de supervivencia de juveniles y una baja elasticidad en supervivencia a la edad cero (o fertilidad ). Las proporciones de elasticidades de supervivencia de adultos y fertilidad y de elasticidades de supervivencia de juveniles y fertilidad sugieren que muchas de las poblaciones estudiadas no poseen los atributos biológicos necesarios para restaurar λ a su nivel original después de niveles moderados de explotación. El análisis de elasticidad sugiere que en la supervivencia de juveniles se podría tener el efecto mayor de λ y el análisis de correlación indica que la variación en la supervivencia de juveniles, la edad de maduración y reproducción explican la mayor parte de la variación en λ. En general, los resultados combinados de los análisis de elasticidad y correlación sugieren que los esfuerzos de investigación, conservación y manejo deberían enfocarse a estas características demográficas.

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