Movement Patterns of Horseshoe Crabs in Pleasant Bay, MA

Mary‐Jane James‐Pirri, PhDGraduate School of Oceanography

University of Rhode IslandUniversity of Rhode Island

Atlantic Horseshoe CrabLimulus polyphemusLimulus polyphemus

• Adults spawn on protected beaches in May‐June.

• In Delaware Bay, eggs are an important food resource for migrating shorebirds.

• Limulus amoebocyte lysate (LAL) is produced from blood. LAL is the standard test used to screen all medical equipment that comes in contact with blood or spinal fluid.

• Commercial fisheries (1850’s to 1950’s) for fertilizer & i l f d P k h t i D l B h d 4 illianimal feed. Peak harvests in Delaware Bay reached 4 million 

crabs annually .

• Commercial bait fishery for American eel and whelk(1980’s to present).

Life CycleOlder juveniles and   After adults reach sexual 

Y j il

young adults migrate to deeper water

maturity (9‐10 years), they return to beaches to spawn in late spring to early summer

Young juveniles reside on 

intertidal flatsMales intercept females at spawning beaches as they come ashore to 

spawn

Larvae hatch in

Females dig a nest in sand and deposit 4,000 eggs.  Males the 

fertilize eggs Females may spawn

Eggs develop in a 

Larvae hatch in 2 to 4 weeks

fertilize eggs. Females may spawn multiple times laying up to 80,000 eggs (Delaware Bay estimates)

nest on a beach

2008‐2009 surveys

Student Conservation Association

Pleasant Bay, MA

Committee for the Conservation of the Horseshoe crabToll Gate HS

Study Objectives2008‐20092008 2009 

Funded by the National Park Service

• Resurvey spawning horseshoe crabs in Pleasant BayResurvey spawning horseshoe crabs in Pleasant Bay and compare spawning indices to 2000‐2002 data;

• Tag horseshoe crabs to determine larger scaleTag horseshoe crabs to determine larger scale (regional) movement patterns and provide data to the USFWS Cooperative Tagging Program ;

• Use sonar (acoustic) telemetry to understand small scale movement patterns in Pleasant Bay.p y

Spawning Survey  Protocol modified from Delaware Bay surveysy y

• New and full moons in May & June;• 3 Night & 3 day high tides during each moon period;• 3 Night &  3 day high tides during each moon period;• All surveys on same days and tides;• Count male & female crabs in 5 x 5m quadrats along 

a stretch of beach;• 40‐60 quadrats per survey.

Photos courtesy of A. Leschen

Pleasant Bay Spawning Indices

( 2 )(number of spawning females per 25m2 quadrat)

1.5+SE Marsh 2/3 (day surveys only)NPS closure

0.5

1

wning

 Index 

• NPS closed its boundaries to all harvesting in 2001;0Sp

aw

g ;• Spawning in Pleasant Bay is higher during the day;• Much lower spawning than DE Bay (25 females 25m2);• Best long‐term record is Marsh 2/3;• Generall lo er spa ning indices in recent ears

1.5

±SE

Hog Island

1

1.5

ex +SE Barley Point

night day

• Generally, lower spawning indices in recent years.

0.5

1

wning

 Index  Night Day

0.5

1

pawning

 Inde

0Spaw 0

2008 2009

Sp

Spawning Sex Ratios(the ratio of females to males during spawning)

35

Site 2000 to2002

2008 2009 Historic (1950’s)

1

4

56

7

8

2002 (1950 s)Monomoy NWR 1 to 1.9 1: 2.2 1: 1.3 --Pleasant Bay 1 to 5.8 1: 9.5 1: 7.5 1 to 2.5

82Nauset Estuary 1 to 1.6 1: 1.3 1:1.3 --

Cape Cod Bay 1 to 2.9 1: 1.7 1 to 2.4

•Pleasant Bay has highly male skewed sex ratios;• Other Cape Cod sites have sex ratios of 1 female to 2‐3  males;• Delaware Bay spawning sex ratios are 1 female to 3‐4 males;• Unharvested populations (ME, FL) are 1 female to 2 males.

Pleasant Bay f h h b h f lPercent of spawning horseshoe crabs that are female

Percent of spawning crabs that are female at other Cape Cod beaches

50%

female at other Cape Cod beaches (2008 data, 31% to 48%)

30%

40%

emale

20%

Percen

t Fe

0%

10%

0%

Historic (1950's) 2000‐2002 2008‐2009

2008‐2009 TaggingUSFWS Cooperative Tagging Programgg g g

In Pleasant Bay

USFWS “button” tag

• 2027 crabs tagged in Pleasant Bay by URI/NPS in 2008‐2009.• 13% overall recapture rate; 10% live recapture rate (268 tags re‐sighted).• 85% of recaptures found within 2.5km of original tagging location.• All recaptures except 1 were observed in Pleasant Bay• All recaptures, except 1,  were observed in Pleasant Bay.• No crabs tagged in other areas (Monomoy, Cape Cod Bay) have been reported as recaptured in Pleasant Bay.

70l

Pewter “reward” pin

40

50

60

ecap

ture

s Pleasant Bay Recaptures – 2008‐2009

10

20

30

40

Perc

ent o

f re

0

10

Same site Less 2.5km greater 2.5km

P

Sonar (acoustic) Telemetry in Pleasant Bayin Pleasant Bay

Sonar tracking tag on crab

T itt it i i l• Transmitter emits a unique sonar signal;• Crabs be tracked using an acoustic hydrophone and  

continuously tracked with submersible ultrasonic receivers (SUR);( );

• Transmitters can be detected up to 500m (about 1/3 of a mile) – detection in shallow water is ~50‐100m;

• SURs scan for signals at 1‐2 min intervals and store the data.Listening for signals in Pleasant g g

Bay

SUR receiver

Sonar tag, archival depth tag, & button tag on crab

If you find a crab with this type of tag please contact me or MA Audubon!

Passive SonarTelemetry in Pleasant BayTelemetry in Pleasant Bay•6 SURs in Pleasant Bay in 2009 from 

early May until Oct‐Dec.• 55 female crabs with transmitters in 2008 

to 2009.• 85% of crabs with transmitters were 

d ddetected• 40% of crabs fitted with transmitters in 

2008 were detected one year later in 2009in 2009.

• Crabs were detected as late as November & December in the Bay

Location of SURs (sonar receivers) in 2009

Passive Sonar Telemetry Number of transmitter detections over time

S t b D b

SURs scan for transmitters every 1‐2minutes, 24hr a day36,000+ detections, 648 “crab‐days” 

M J J l A t September ‐DecemberFall‐winter

Number of 

May‐JuneSpawning period

July‐AugustPost spawning period

6 21 to 500

detections

501 to 1000 2429

1114

1121001 to 2000

2001 to 400011 6

11

8

6

14001 to 8000

1

11

Number of 8

13

6

Location of SURs (sonar receivers) in 2009

1X Number of 

crabs8

Horseshoe Crab Movement In Pleasant Bay

Crab # 108Released

Last detection Crab # 118 MayCrab # 108 Last detection Crab # 118Released 5/19/08

2009

Released 5/28/08

June 2009

July2009

5/28/08 July 2008

Location of SURs (sonar receivers) in 2009 Location of SURs (sonar receivers) in 2009

Horseshoe Crab Movement In Pleasant Bay

Crab # 110Released

Last detection Crab # 156Crab # 110

Released

Last detection Crab # 156Released 5/21/09

Released 5/22/08

July2009

June 2009

Oct‐Dec 2009Last 

July

detection 12/8/09

July2009

Location of SURs (sonar receivers) in 2009 Location of SURs (sonar receivers) in 2009

Horseshoe Crab Movement In Pleasant BayReleased

Last detection Crab # 127Crab # 128 Last detection Crab # 127Crab # 128

Released 5/11/09Released Aug 

2009

Released 5/11/09

June 2009

Oct‐Dec 2009Last 

June 2009Oct 

2009Last 

detection10/5/09

Sept2009July‐Sept

detection 12/4/09

/ /

2009

Location of SURs (sonar receivers) in 2009 Location of SURs (sonar receivers) in 2009

Horseshoe Crab Movement In Pleasant BayReleased

Last detectionCrab # 161 Released Crab # 162Last detectionCrab # 161 Released 5/21/09

June

Crab # 162

Released June 2009

June 2009 Aug 

2009

5/21/09

Oct 2009Last 

detection 10/5/09

Oct‐Nov 2009Last 

detection

Sept

/ / detection 11/1/09

2009

Location of SURs (sonar receivers) in 2009 Location of SURs (sonar receivers) in 2009

SummaryHorseshoe crabs in Pleasant Bay

• Spawning indices (number of females per quadrat) are higher during the day than at night;

S i i di b i l l i (• Spawning indices appear to be equivalent or  lower in recent years (but… comprehensive data analyses still need to be conducted);

• Spawning sex ratios are extremely male biased (an indicator of harvest• Spawning sex ratios are extremely male biased (an indicator of harvest pressure). This is a continuation of a trend observed in 2000 to 2002;

• Tagging data indicate crabs in Pleasant Bay tend to remain at or near theTagging data indicate crabs in Pleasant Bay tend to remain at or near the same beaches during the spawning season;

• Telemetry data show that crabs remain in the bay through the late summer y y gto winter months, possibly overwintering in the deeper portions of the Bay;

• Tagging and telemetry observations indicate that horseshoe crabs in Pleasant Bay could be a localized population (stock).

Thanks!• National Park Service, Cape Cod National Seashore

• NPS Bio Technicians – Nate Gavin, Matt Holt, Chris Keon, Molly Williams• Student Conservation Association Interns

h ll b h h h ll ll l• Michelle Fabie, Christopher Guy, Tessa Mosher, Kelly Racette, Kelly Bowman, Nicole Kirkton, Stacey Ng,  & Meg Swecker

• The many volunteers and others who helped… but especially•Erica Parra her family & friendsErica Parra, her family, & friends•Alison Leschen, Brad Chase, & Scott Kaplan (MA Division of Marine Fisheries)•Krista Lee & Kelly Medeiros (National Park Service)• Stuart Smith & Dawson Farber (Harbor Masters, Chatham & Orleans)

f k k ( d )• Jennifer Mattei & Mark Beekey (Sacred Heart University)

Horseshoe crab egg densities

500

gs per  Nauset Estuary 500

 per  Hog Island

250

e nu

mbe

r of e

ggcore 250

numbe

r of e

ggs

core

No eggs 

0

2001 2002 2008 2009

Averag No eggs observed

0

2001 2002 2008 2009

Average 

ggobserved<1 egg

500

f eggs p

er  Marsh 2/3 500

r of e

ggs p

er 

e

Barley Point

Pochet Inlet

0

250

erage nu

mbe

r ocore

0

250Average nu

mbe

rcore

0

2001 2002 2008 2009

Av

0

2008 2009

A

But… Some horseshoe crabs do move out of the Bay• 11 of 15 crabs detected from mid‐June to Sept 1, 2008• 4 crabs stayed in upper bay, 4 moved to lower bay4 crabs stayed in upper bay, 4 moved to lower bay

• 3 crabs moved from upper bay to lower bay, & then returned to upper bay

Crab #78:Stayed in upper bay

June & July, 2008

Sept 1, 2008P d i t

Stayed in upper bay in June, 2008

Passed into lower bay on June 30, 2008

late July –early Aug, 

2008 Recaptured by trawler on 

July 21, 2008

Cape Cod Spawning Indices2(number of spawning females per 25m2 quadrat)

1.5+SE Marsh 2/3 (day surveys only)

0.5

1

wning

 Index +

0Spaw

1 5

2

SE

Nauset EstuaryNight

Day1 5

2

SE

Monomoy NWRNight

Day

0 5

1

1.5

awning

 Index ±S Day

0 5

1

1.5

pawnig Index ±S

0

0.5

2001 2002 2008 2009

Spa

0

0.5

2000 2001 2002 2008 2009

Sp

Telemetry( )• Passive sonar (acoustic) telemetry in Pleasant Bay was very 

successful in detecting crabs, even after one year;

• There appears to be a pattern of crabs frequenting the northern sections of the bay during the spawning season;

• In mid‐summer the crabs move throughout the middle portions of the Bay;

• Crabs have been detected during the winter months in the deeper sections of the Bay;p y

• SURs will be placed in the Bay again during the 2010 spawning season in hopes of detecting the crabs againseason in hopes of detecting the crabs again.