Chemical clocks: using otolith geochemistry to enhance estimation of age and growth of white hake (Urophycis tenuis)

The white hake (Urophycis tenuis) is a groundfish distributed throughout the Gulf of Maine. Catch advice is based on stock assessments done with age-based population dynamics models; however, otolith aging is challenging because of unclear growth increments. To address this concern, we compared the consistency of aging with counts of visual annuli to that of aging with cycles of elemental concentrations measured by using laser ablation inductively coupled plasma mass spectrometry. We tested the hypothesis that oscillations in both environmental conditions and internal physiology through time influence uptake of elements during otolith mineralization. Concentrations of manganese, in comparison with those of the other investigated trace elements (magnesium, strontium, and barium), had the most promising correlation with visual growth increments (~100% age agreement, ±1 year), offering an additional tool to enhance increment identification. In our examination of 550 otoliths collected during 2007–2021, we found that white hake lived a maximum of 10.3 years and exhibited sexual dimorphism in maximum length and age. By using generated von Bertalanffy growth functions, L(t)=110(1−e−0.113(t+0.45)) for males and L(t)=140(1−e−0.113(t−0.30)) for females (where L(t) is length at time t), size and age at maturity were calculated for males (37.4 cm in total length (TL), 3.3 years) and females (47.4 cm TL, 4.2 years). These results demonstrate that otolith geochemistry can be used to improve the accuracy and precision of the estimation of fish age and maturity, even for challenging species.

Resumen
La merluza blanca (Urophycis tenuis) es un pez de fondo distribuido por todo el Golfo de Maine. Las capturas se recomiendan con base en la evaluación de stock utilizando modelos de dinámica de poblaciones estructurados por edad; sin embargo, datar los otolitos es un reto debido a la falta de claridad de los incrementos de crecimiento. Para abordar esta preocupación, comparamos la consistencia entre las edades de recuentos visuales de anillos con las edades asignadas con ciclos de las concentraciones de elementos medidos utilizando ablación láser mediante espectrometría de masas con plasma acoplado inductivamente. Probamos la hipótesis de que las oscilaciones tanto en las condiciones ambientales como en la fisiología interna a lo largo del tiempo influyen en la absorción de elementos durante la mineralización del otolito. Las concentraciones de manganeso, en comparación con las de otros elementos traza investigados (magnesio, estroncio y bario), tuvieron la correlación más prometedora con los incrementos visuales de crecimiento (~100% de acuerdo con la edad, ±1 año), ofreciendo una herramienta adicional para mejorar la identificación de los incrementos. Examinamos 550 otolitos colectados durante 2007–2021, encontrando que la merluza blanca vivía un máximo de 10.3 años con dimorfismo sexual en longitud y edad máxima. Utilizando funciones de crecimiento de von Bertalanffy, L(t)=110(1−e−0.113(t+0.45)) para machos y L(t)=140(1−e−0.113(t−0.30)) para las hembras (donde L(t) es la longitud en el tiempo t), se calcularon la talla y la edad de madurez de los machos (37.4 cm de longitud total [LT], 3.3 años) y las hembras (47.4 cm LT, 4.2 años). Estos resultados demuestran que la geoquímica de los otolitos puede utilizarse para mejorar la exactitud y precisión de la estimación de la edad y madurez de los peces, incluso en especies difíciles.