Biology of Sharks and Their Relatives (Marine Biology)

Cover Page......Page 1
Title: BIOLOGY OF SHARKS AND THEIR RELATIVES......Page 4
ISBN 084931514X......Page 5
Dedication......Page 6
Preface......Page 7
The Editors......Page 9
Contributors......Page 10
Contents......Page 13
Color Figures......Page 15
Part I: Phylogeny and Zoogeography......Page 17
1.1 Introduction......Page 19
1.2.1 Tesserate Mineralization......Page 20
1.3 Historic Evidence of Early Chondrichthyans......Page 21
1.3.1.2 Bear Gulch Limestone......Page 23
1.3.1.2.2 The Bear Gulch and Devonian-Permian Chondrichthyan Groups......Page 24
1.3.1.2.3 Community Structure and Population Dynamics......Page 25
1.3.1.2.4 Segregation According to Age, Sex, and Reproductive Stage......Page 27
1.3.1.2.5 Reproductive Strategies......Page 31
1.3.2 Upper Carboniferous and Permian Record......Page 32
1.4.2 On Elasmobranch Origins......Page 33
1.5.1 Trends in the Basal Diversification of the Chondrichthyes (Figure 1.6, Appendix 1.1)......Page 35
1.5.2 Other Concluding Remarks on the Origins of Chondrichthyans, Trends in Chondrichthyan Evolution, and on Characters of the Class......Page 37
Acknowledgments......Page 38
Appendix 1.1: Characters and States for the Cladogram of Figure 1.6......Page 39
References......Page 43
2.1.1 Zoogeographic Patterns......Page 49
2.1.3 Zoogeographic Methods; Brief History......Page 52
2.2.1 Vagility......Page 53
2.3.1.2 Species Diversity......Page 54
2.3.2.1.1 Heterodontiformes......Page 58
2.3.2.1.2 Orectolobiformes......Page 59
2.3.2.1.3 Lamniformes......Page 62
2.3.2.1.4 Carcharhiniformes......Page 65
2.3.2.2.2 Echinorhiniformes......Page 71
2.3.2.2.5 Squaliformes......Page 72
2.4 Summary......Page 76
Acknowledgments......Page 78
Appendix 2.1......Page 79
References......Page 91
3.1 Introduction......Page 95
3.2 Analyses......Page 96
3.3.1 Claspers......Page 97
3.3.2 Phylogenetic Analyses......Page 99
3.4.1 Phylogenetic Implications......Page 102
3.4.2 Evolutionary Implications......Page 108
3.4.4 Classification of Batoids......Page 109
3.4.5 Biogeography of Batoids......Page 112
Acknowledgments......Page 116
Appendix 3.1: Specimens Examined......Page 117
Appendix 3.2: Character Matrix......Page 118
Tooth Root Vascularization and Structure......Page 119
Skeletal Structures......Page 120
Cephalic and Branchial Musculature......Page 124
References......Page 125
4.1 Overview of Living Holocephali......Page 131
4.2 General Ecology and Behavior......Page 133
4.3.1.1 Lateral Line Canals......Page 134
4.3.1.2 Fins and Fin Spines......Page 135
4.3.2 Skeleton......Page 136
4.3.3 Secondary Sexual Characteristics......Page 137
4.5.1 Callorhinchidae (Figure 4.1A)......Page 139
4.5.2 Rhinochimaeridae (Figure 4.1B)......Page 140
Acknowledgments......Page 142
Appendix 4.1: Provisional Key to Species......Page 144
References......Page 147
Part II: Form, Function, and Physiological Processes......Page 153
5.1.1 Approaches to Studying Locomotion in Chondrichthyans......Page 155
5.1.3 Body Form and Fin Shapes......Page 157
5.2.1 Function of the Body during Steady Locomotion and Maneuvering......Page 158
5.2.2 Function of the Caudal Fin during Steady Locomotion and Maneuvering......Page 160
5.2.3.1 Anatomy of the Pectoral Fins......Page 164
5.2.3.2 Role of the Pectoral Fins during Steady Swimming......Page 165
5.2.3.3 Role of the Pectoral Fins during Vertical Maneuvering......Page 168
5.2.3.4 Function of the Pectoral Fins during Benthic Station-Holding......Page 170
5.2.3.5 Motor Activity in the Pectoral Fins......Page 171
5.2.4 Synthesis......Page 172
5.3 Locomotion in Skates and Rays......Page 173
5.4 Locomotion in Holocephalans......Page 175
5.5 Future Directions......Page 176
Acknowledgments......Page 177
References......Page 178
6.1 Introduction......Page 181
6.2.1 Predatory Behaviors......Page 182
6.2.2 Feeding Location and Prey Capture......Page 184
6.3.1 Mechanics of Prey Capture......Page 187
6.3.2 Evolution of the Feeding Mechanism......Page 189
6.3.3.1 Sharks......Page 190
6.3.3.2 Batoids......Page 199
6.4.1 Arrangement and Terminology......Page 202
6.4.2 Evolutionary and Functional Patterns......Page 203
6.5 The Enigma of Jaw Protrusion......Page 208
6.6 Future Directions......Page 209
References......Page 210
7.1 Introduction......Page 219
7.2.1.1 Annular/Circular Respirometers......Page 220
7.2.1.2 Swim Tunnel Respirometers......Page 221
7.2.2.1 Muscle Temperature Telemetry......Page 222
7.2.2.2 Heart Rate Telemetry......Page 223
7.2.2.3 Swimming Speed Telemetry......Page 224
7.3.1 Standard Metabolic Rate......Page 225
7.3.2 Maximum Metabolic Rate......Page 226
7.4.1 Swimming Efficiency......Page 227
7.4.3 Cost of Transport......Page 229
7.5.1 Background......Page 230
7.5.2 Indirect Calorimetry: Endotherms vs. Ectotherms......Page 231
7.6.1 Temperature......Page 232
7.6.3 Dissolved Oxygen......Page 233
7.7 Conclusions and Future Directions......Page 234
References......Page 235
8.1 Introduction......Page 241
8.2.1 Quantification of Diet......Page 242
8.2.2 Broad Dietary Groups......Page 243
8.2.3 Diet Shifts......Page 244
8.2.4 Feeding Relationships......Page 245
8.2.5 Feeding Patterns......Page 246
8.3.1 Daily Ration......Page 247
8.3.2 Gastric Evacuation......Page 248
8.4.2 Egestion......Page 251
8.5 Production......Page 252
References......Page 253
9.1 Introduction......Page 263
9.2.1 Rectal Gland......Page 264
9.2.2 Kidney......Page 266
9.2.3 Gill......Page 269
9.3.1 Rectal Gland......Page 271
9.3.2 Kidney......Page 273
9.3.3 Gills......Page 274
9.4.2 Kidney......Page 276
9.4.3 Gill......Page 277
References......Page 279
10.1 Introduction......Page 285
10.2.1 Oviparous Forms......Page 286
10.2.2.3 Oophagy......Page 287
10.2.2.5 Placental Viviparity......Page 288
10.3 Male Reproductive System......Page 289
10.4.1 Anatomy......Page 294
10.4.3 Sperm Storage......Page 295
10.6 Mating and Reproductive Behaviors......Page 296
10.7 Conclusion......Page 299
References......Page 300
CONTENTS......Page 303
11.2.2 Digestive Hormones......Page 304
11.2.4 Interactions between Feeding and Ion Homeostasis......Page 306
11.2.5 Hormones Involved in Energy Metabolism......Page 307
11.4.1 Chromaffin Tissue and Catecholamines......Page 308
11.4.2 Hypothalamo—Pituitary—Interrenal Axis......Page 310
11.5.2 Interrenal Corticosteroids......Page 311
11.5.5 C-Type Natriuretic Peptide......Page 313
11.6.2 Melanocyte-Stimulating Hormone......Page 314
11.7.2 Gonadotropin-Releasing Hormone......Page 316
11.7.4 Gonadal Steroid Hormones in the Female......Page 319
11.7.6 Gonadal Steroids in the Male......Page 322
11.7.8 Other Hormones Involved in Reproduction: Thyroid Hormones......Page 325
11.7.9 Other Hormones Involved in Reproduction: Calcitonin......Page 326
References......Page 327
CONTENTS......Page 341
12.2 Vision......Page 342
12.2.1 Ocular Anatomy and Optics......Page 343
12.2.2 Retina and CNS......Page 345
12.2.3 Visual Performance......Page 347
12.3.1.2 Macula Neglecta......Page 348
12.3.2.1 Audiograms......Page 349
12.4 Mechanosenses......Page 351
12.4.1 Peripheral Organization......Page 352
12.4.2 Adequate Stimulus and Processing......Page 355
12.4.3 Behavior......Page 356
12.5 Electrosenses......Page 357
12.5.1.1 Ampullae of Lorenzini......Page 358
12.5.2.1 Peripheral Physiology......Page 359
12.5.2.2 Central Physiology......Page 360
12.5.3.1 Prey and Predator Detection......Page 361
12.5.3.2 Orientation and Navigation......Page 362
12.5.3.3 Conspecific Detection......Page 364
12.6.1.1 Peripheral Organ and Epithelium......Page 366
12.6.1.2 Olfactory Bulb......Page 367
12.6.1.3 Higher Level Systems......Page 368
12.6.2.1 Studies of Sharks in Large Enclosures and Open Water......Page 369
12.6.2.2 Laboratory Studies......Page 371
12.6.5 Gustation......Page 372
12.7 Conclusions......Page 373
References......Page 374
13.1 Introduction......Page 385
13.2.1 Lymphocytes......Page 386
13.2.2 Granulocytes......Page 387
13.2.3 Monocytes and Macrophages......Page 388
13.3 Lymphomyeloid Tissues......Page 389
13.3.2 Spleen......Page 390
13.3.3 Epigonal and Leydig Organs......Page 391
13.4.1 Nitric Oxide......Page 393
13.4.3 Phagocytosis and Pinocytosis......Page 394
13.4.4 Nonspecific Cytotoxic Cells......Page 395
13.5.2 Cell-Mediated Immunity......Page 396
13.5.3 Immune System Genes......Page 397
13.6 Ontogeny of the Elasmobranch Immune System......Page 398
13.6.1 Organogenesis of Lymphomyeloid Tissues......Page 399
13.6.2 Embryonic Expression of Immune Regulatory Genes......Page 400
13.7.2 Experimental Induction of Apoptosis......Page 401
13.7.4 Transplantation Studies......Page 402
13.7.5 Effects of Ionizing Radiation on Elasmobranch Immune System......Page 403
13.8 Future Directions......Page 404
References......Page 405
Part III: Ecology and Life History......Page 413
14.1 Introduction......Page 415
14.2.1.1 Vertebrae......Page 416
14.2.1.3 Neural Arches......Page 417
14.2.2.1 Taking Samples......Page 418
14.2.2.2 Centrum Cleaning and Sample Preparation......Page 419
14.3 Age Determination......Page 420
14.3.1 Centrum Staining......Page 423
14.3.3 Back-Calculation......Page 424
14.4 Verification and Validation......Page 425
14.4.2 Tag−Recapture......Page 426
14.4.3 Marking, Field Tag−Recapture, and Laboratory Studies......Page 427
14.4.4 Centrum Edge and Relative Marginal Increment Analysis......Page 428
14.4.5 Captive Rearing......Page 429
14.5 Review and Status of Chondrichthyan Age, Growth, Verification, and Validation Studies......Page 430
14.6 Growth Models......Page 440
14.8.1 Age of Maturity Estimates......Page 441
14.9 Implication of Growth, Longevity, and Demography to Fisheries Management......Page 454
References......Page 455
15.1 Introduction......Page 465
15.2.1 Comparative Life History Patterns......Page 466
15.2.2 Life History Relationships......Page 467
15.3.1 Methodological Background......Page 469
15.3.1.2 Population Sampling Design......Page 473
15.3.2 Biomass Dynamic Models......Page 474
15.3.3.1.1 Age-Structured Models......Page 475
15.3.3.1.3 Yield-per-Recruit Models......Page 476
15.3.4 Models Incorporating Uncertainty and Stochasticity......Page 477
References......Page 480
16.1.1 Genome Sizes......Page 487
16.1.3 Sex-Determination......Page 488
16.2.1.1 Isozymes and Allozymes......Page 489
16.2.1.3 Nuclear DNA......Page 490
16.2.2 Measuring Stock Structure with Molecules......Page 492
16.2.3 Forensic Identification and Cryptic Species......Page 494
16.3.1 Philopatry and Sex-Biased Dispersal......Page 495
16.3.2 Parentage and Multiple Paternity......Page 496
References......Page 497
CONTENTS......Page 503
17.2.2 Avoiding Predators......Page 504
17.2.2.1 Habitat Use......Page 505
17.2.2.4 Group Formation......Page 506
17.2.2.6 Deterrence and Defense......Page 507
17.3 Elasmobranchs as Predators......Page 508
17.3.1 Diets of Elasmobranchs and Optimal Diet Theory......Page 509
17.3.2.1 Habitat Use......Page 510
17.3.2.3 Activity Levels and Patterns......Page 513
17.3.3.1 Stalking and Ambush......Page 514
17.3.3.3 Prey Debilitation......Page 515
17.3.3.7 Scavenging......Page 516
17.3.4 Competition......Page 517
17.3.5.1 Foraging—Safety Trade-Offs......Page 518
17.3.5.3 Intraguild Predation......Page 520
17.4 Regulation of Elasmobranch Populations......Page 521
17.5 Role of Elasmobranchs in Marine Ecosystems......Page 522
17.5.1 Density-Mediated Effects......Page 523
17.5.2 Behavior-Mediated Effects......Page 525
17.5.3 Community Consequences of Elasmobranch Predation......Page 526
References......Page 528
CONTENTS......Page 539
18.1 Introduction......Page 540
18.2.1 Skin......Page 545
18.2.2.1 Eyes......Page 550
18.2.2.3 Acousticolateralis System......Page 551
18.2.3.2 Gills and Branchial Chamber......Page 552
18.2.4.1 Buccal Cavity and Esophagus......Page 553
18.2.4.2 Stomach......Page 554
18.2.4.3 Spiral Intestine......Page 555
18.2.4.4 Rectum......Page 556
18.2.5.1 Heart and Vasculature......Page 557
18.2.6.3 Uterus......Page 558
18.2.8.2 Peritoneal Cavity......Page 559
18.3 General Observations......Page 560
References......Page 561
19.1 Introduction......Page 569
19.2.2 Habitat Preference......Page 571
19.3.3 Acoustic Tracking......Page 572
19.3.4 Acoustic Monitoring......Page 575
19.3.5 Satellite Telemetry......Page 577
19.3.6 Archival Tags......Page 578
19.4 The Importance of Scale in Habitat Use Studies......Page 581
19.4.1.1 Diel Effects......Page 582
19.4.1.2 Longer-Term Effects......Page 583
19.4.2 Spatial Factors......Page 584
19.5.2 Biotic Factors......Page 585
References......Page 586
B......Page 589
D......Page 590
F......Page 591
G......Page 592
H......Page 593
L......Page 594
O......Page 595
P......Page 596
R......Page 597
S......Page 598
W......Page 599
Z......Page 600
A......Page 601
C......Page 602
D......Page 603
G......Page 604
H......Page 605
L......Page 606
O......Page 607
P......Page 608
S......Page 609
X......Page 611
Z......Page 612
Back Page......Page 613