Contrasting regional changes in Southern Ocean sea ice have occurred over the last 30 years with distinct regional effects on ecosystem structure and function. Quantifying how Antarctic predators respond to such changes provides the context for predicting how climate variability/change will affect these assemblages into the future. Over an 11-year time-series, we examine how inter-annual variability in sea ice concentration and advance affect the foraging behaviour of a top Antarctic predator, the southern elephant seal. Females foraged longer in pack ice in years with greatest sea ice concentration and earliest sea ice advance, while males foraged longer in polynyas in years of lowest sea ice concentration. There was a positive relationship between near-surface meridional wind anomalies and female foraging effort, but not for males. This study reveals the complexities of foraging responses to climate forcing by a poleward migratory predator through varying sea ice property and dynamic anomalies.

Responses by marine top predators to environmental variability have previously been almost impossible to observe directly. By using animal-mounted instruments simultaneously recording movements, diving behavior, and in situ oceanographic properties, we studied the behavioral and physiological responses of southern elephant seals to spatial environmental variability throughout their circumpolar range. Improved body condition of seals in the Atlantic sector was associated with Circumpolar Deep Water upwelling regions within the Antarctic Circumpolar Current, whereas High-Salinity Shelf Waters or temperature/salinity gradients under winter pack ice were important in the Indian and Pacific sectors. Energetic consequences of these variations could help explain recently observed population trends, showing the usefulness of this approach in examining the sensitivity of top predators to global and regional-scale climate variability.

Animal telemetry is a powerful tool for observing marine animals and the physical environments that they inhabit, from coastal and continental shelf ecosystems to polar seas and open oceans. Satellite-linked biologgers and networks of acoustic receivers allow animals to be reliably monitored over scales of tens of meters to thousands of kilometres, giving insight into their habitat use, home range size, the phenology of migratory patterns and the biotic and abiotic factors that drive their distributions. Furthermore, physical environmental variables can be collected using animals as autonomous sampling platforms, increasing spatial and temporal coverage of global oceanographic observation systems. The use of animal telemetry therefore has the capacity to provide measures from a suite of essential ocean variables (EOVs) for improved monitoring of Earth's oceans. Here we outline the design features of animal telemetry systems, describe current applications and their benefits and challenges, and discuss future directions. We describe new analytical techniques that improve our ability to not only quantify animal movements but to also provide a powerful framework for comparative studies across taxa. We discuss the application of animal telemetry and its capacity to collect biotic and abiotic data, how the data collected can be incorporated into ocean observing systems, and the role these data can play in improved ocean management.

Abstract A fourth production region for the globally important Antarctic bottom water has been attributed to dense shelf water formation in the Cape Darnley Polynya, adjoining Prydz Bay in East Antarctica. Here we show new observations from CTD-instrumented elephant seals in 2011–2013 that provide the first complete assessment of dense shelf water formation in Prydz Bay. After a complex evolution involving opposing contributions from three polynyas (positive) and two ice shelves (negative), dense shelf water (salinity 34.65–34.7) is exported through Prydz Channel. This provides a distinct, relatively fresh contribution to Cape Darnley bottom water. Elsewhere, dense water formation is hindered by the freshwater input from the Amery and West Ice Shelves into the Prydz Bay Gyre. This study highlights the susceptibility of Antarctic bottom water to increased freshwater input from the enhanced melting of ice shelves, and ultimately the potential collapse of Antarctic bottom water formation in a warming climate.

Abstract The emergence of longline fishing around the world has been concomitant with an increase in depredation-interactions by odontocete whales (removal of fish caught on hooks), resulting in substantial socio-economic and ecological impacts. The extent, trends and underlying mechanisms driving these interactions remain poorly known. Using long-term (2003–2017) datasets from seven major Patagonian toothfish ( Dissostichus eleginoides ) longline fisheries, this study assessed the levels and inter-annual trends of sperm whale ( Physeter macrocephalus ) and/or killer whale ( Orcinus orca ) interactions as proportions of fishing time (days) and fishing area (spatial cells). The role of fishing patterns in explaining between-fisheries variations of probabilities of odontocete interactions was investigated. While interaction levels remained globally stable since the early 2000s, they varied greatly between fisheries from 0 to >50% of the fishing days and area. Interaction probabilities were influenced by the seasonal concentration of fishing effort, size of fishing areas, density of vessels, their mobility and the depth at which they operated. The results suggest that between-fisheries variations of interaction probabilities are largely explained by the extent to which vessels provide whales with opportunities for interactions. Determining the natural distribution of whales will, therefore, allow fishers to implement better strategies of spatio-temporal avoidance of depredation.

Marine animals equipped with biological and physical electronic sensors have produced long-term data streams on key marine environmental variables, hydrography, animal behavior and ecology. These data are an essential component of the Global Ocean Observing System (GOOS). The Animal Borne Ocean Sensors (AniBOS) network aims to coordinate the long-term collection and delivery of marine data streams, providing a complementary capability to other GOOS networks that monitor Essential Ocean Variables (EOVs), essential climate variables (ECVs) and essential biodiversity variables (EBVs). AniBOS augments observations of temperature and salinity within the upper ocean, in areas that are under-sampled, providing information that is urgently needed for an improved understanding of climate and ocean variability and for forecasting. Additionally, measurements of chlorophyll fluorescence and dissolved oxygen concentrations are emerging. The observations AniBOS provides are used widely across the research, modeling and operational oceanographic communities. High latitude, shallow coastal shelves and tropical seas have historically been sampled poorly with traditional observing platforms for many reasons including sea ice presence, limited satellite coverage and logistical costs. Animal-borne sensors are helping to fill that gap by collecting and transmitting in near real time an average of 500 temperature-salinity-depth profiles per animal annually and, when instruments are recovered (∼30% of instruments deployed annually, n = 103 ± 34), up to 1,000 profiles per month in these regions. Increased observations from under-sampled regions greatly improve the accuracy and confidence in estimates of ocean state and improve studies of climate variability by delivering data that refine climate prediction estimates at regional and global scales. The GOOS Observations Coordination Group (OCG) reviews, advises on and coordinates activities across the global ocean observing networks to strengthen the effective implementation of the system. AniBOS was formally recognized in 2020 as a GOOS network. This improves our ability to observe the ocean’s structure and animals that live in them more comprehensively, concomitantly improving our understanding of global ocean and climate processes for societal benefit consistent with the UN Sustainability Goals 13 and 14: Climate and Life below Water. Working within the GOOS OCG framework ensures that AniBOS is an essential component of an integrated Global Ocean Observing System.

Empirical testing of optimal foraging models on diving air-breathing animals is limited due to difficulties in quantifying the prey field through direct observations. Here we used accelerometers to detect rapid head movements during prey encounter events (PEE) of free-ranging benthic-divers, Australian fur seals, Arctocephalus pusillus doriferus. PEE signals from accelerometer data were validated by simultaneous video data. We then used PEEs as a measure of patch quality to test several optimal foraging model predictions. Seals had longer bottom durations in unfruitful dives (no PEE) than those with some foraging success (PEE ≥ 1). However, when examined in greater detail, seals had longer bottom durations in dives with more PEEs, but shorter bottom durations in bouts (sequences of dives) with more PEEs. Our results suggest that seals were generally maximizing bottom durations in all foraging dives, characteristic of benthic divers. However, successful foraging dives might be more energetically costly (e.g. digestive costs), thus resulting in shorter bottom durations at the larger scale of bouts. Our study provides a case study of how the foraging behaviour of a central place forager foraging in a fairly homogeneous environment, with relatively high travel costs, may deviate from current foraging models under different situations. Future foraging models should aim to integrate other aspects (e.g. diet) of the foraging process for more accurate predictions.