Electronic tracking tags have revolutionized our understanding of broad-scale movements and habitat use of highly mobile marine animals, but a large gap in our knowledge still remains for a wide range of small species. Here, we report the extraordinary transequatorial postbreeding migrations of a small seabird, the sooty shearwater, obtained with miniature archival tags that log data for estimating position, dive depth, and ambient temperature. Tracks (262 ± 23 days) reveal that shearwaters fly across the entire Pacific Ocean in a figure-eight pattern while traveling 64,037 ± 9,779 km roundtrip, the longest animal migration ever recorded electronically. Each shearwater made a prolonged stopover in one of three discrete regions off Japan, Alaska, or California before returning to New Zealand through a relatively narrow corridor in the central Pacific Ocean. Transit rates as high as 910 ± 186 km·day −1 were recorded, and shearwaters accessed prey resources in both the Northern and Southern Hemisphere’s most productive waters from the surface to 68.2 m depth. Our results indicate that sooty shearwaters integrate oceanic resources throughout the Pacific Basin on a yearly scale. Sooty shearwater populations today are declining, and because they operate on a global scale, they may serve as an important indicator of climate change and ocean health.

Laboratory studies indicate that tritiated water measurements of water flux are accurate to within -7 to +4% in mammals, but errors are larger in some reptiles. However, under conditions that can occur in field studies, errors may be much greater. Influx of environmental water vapor via lungs and skin can cause errors exceeding +/- 50% in some circumstances. If water flux rates in an animal vary through time, errors approach +/- 15% in extreme situations, but are near +/- 3% in more typical circumstances. Errors due to fractional evaporation of tritiated water may approach -9%. This error probably varies between species. Use of an inappropriate equation for calculating water flux from isotope data can cause errors exceeding +/- 100%. The following sources of error are either negligible or avoidable: use of isotope dilution space as a measure of body water volume, loss of nonaqueous tritium bound to excreta, binding of tritium with nonaqueous substances in the body, radiation toxicity effects, and small analytical errors in isotope measurements. Water flux rates measured with tritiated water may be expected to be within +/- 10% of actual flux rates in most situations.

Climate change scenarios predict an average sea surface temperature rise of 1–6 °C by 2100. Now, a study investigating the potential effect of these changes on the distribution and diversity of marine top predators finds that, based on data from electronic tags on 23 marine species, a change in core habitat range of up to 35% is possible for some species by 2100. To manage marine ecosystems proactively, it is important to identify species at risk and habitats critical for conservation. Climate change scenarios have predicted an average sea surface temperature (SST) rise of 1–6 °C by 2100 (refs 1, 2), which could affect the distribution and habitat of many marine species. Here we examine top predator distribution and diversity in the light of climate change using a database of 4,300 electronic tags deployed on 23 marine species from the Tagging of Pacific Predators project, and output from a global climate model to 2100. On the basis of models of observed species distribution as a function of SST, chlorophyll a and bathymetry, we project changes in species-specific core habitat and basin-scale patterns of biodiversity. We predict up to a 35% change in core habitat for some species, significant differences in rates and patterns of habitat change across guilds, and a substantial northward displacement of biodiversity across the North Pacific. For already stressed species, increased migration times and loss of pelagic habitat could exacerbate population declines or inhibit recovery. The impending effects of climate change stress the urgency of adaptively managing ecosystems facing multiple threats.

It is a golden age for animal movement studies and so an opportune time to assess priorities for future work. We assembled 40 experts to identify key questions in this field, focussing on marine megafauna, which include a broad range of birds, mammals, reptiles, and fish. Research on these taxa has both underpinned many of the recent technical developments and led to fundamental discoveries in the field. We show that the questions have broad applicability to other taxa, including terrestrial animals, flying insects, and swimming invertebrates, and, as such, this exercise provides a useful roadmap for targeted deployments and data syntheses that should advance the field of movement ecology.

Most spatial marine management techniques (e.g., marine protected areas) draw stationary boundaries around often mobile marine features, animals, or resource users. While these approaches can work for relatively stationary marine resources, to be most effective marine management must be as fluid in space and time as the resources and users we aim to manage. Instead, a shift towards dynamic ocean management is suggested, defined as management that rapidly changes in space and time in response to changes in the ocean and its users through the integration of near real-time biological, oceanographic, social and/or economic data. Dynamic management can refine the temporal and spatial scale of managed areas, thereby better balancing ecological and economic objectives. Temperature dependent habitat of a hypothetical mobile marine species was simulated to show the efficiency of dynamic management, finding that 82.0 to 34.2 percent less area needed to be managed using a dynamic approach. Dynamic management further complements existing management by increasing the speed at which decisions are implemented using predefined protocols. With advances in data collection and sharing, particularly in remote sensing, animal tracking, and mobile technology, managers are poised to apply dynamic management across numerous marine sectors. Existing examples demonstrate that dynamic management can successfully allow managers to respond rapidly to changes on-the-water, however to implement dynamic ocean management widely, several gaps must be filled. These include enhancing legal instruments, incorporating ecological and socioeconomic considerations simultaneously, developing ‘out-of-the-box’ platforms to serve dynamic management data to users, and developing applications broadly across additional marine resource sectors.

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.

Seafood is an essential source of protein for more than 3 billion people worldwide, yet bycatch of threatened species in capture fisheries remains a major impediment to fisheries sustainability. Management measures designed to reduce bycatch often result in significant economic losses and even fisheries closures. Static spatial management approaches can also be rendered ineffective by environmental variability and climate change, as productive habitats shift and introduce new interactions between human activities and protected species. We introduce a new multispecies and dynamic approach that uses daily satellite data to track ocean features and aligns scales of management, species movement, and fisheries. To accomplish this, we create species distribution models for one target species and three bycatch-sensitive species using both satellite telemetry and fisheries observer data. We then integrate species-specific probabilities of occurrence into a single predictive surface, weighing the contribution of each species by management concern. We find that dynamic closures could be 2 to 10 times smaller than existing static closures while still providing adequate protection of endangered nontarget species. Our results highlight the opportunity to implement near real-time management strategies that would both support economically viable fisheries and meet mandated conservation objectives in the face of changing ocean conditions. With recent advances in eco-informatics, dynamic management provides a new climate-ready approach to support sustainable fisheries.

The extinction of dinosaurs at the Cretaceous/Paleogene (K/Pg) boundary was the seminal event that opened the door for the subsequent diversification of terrestrial mammals. Our compilation of maximum body size at the ordinal level by sub-epoch shows a near-exponential increase after the K/Pg. On each continent, the maximum size of mammals leveled off after 40 million years ago and thereafter remained approximately constant. There was remarkable congruence in the rate, trajectory, and upper limit across continents, orders, and trophic guilds, despite differences in geological and climatic history, turnover of lineages, and ecological variation. Our analysis suggests that although the primary driver for the evolution of giant mammals was diversification to fill ecological niches, environmental temperature and land area may have ultimately constrained the maximum size achieved.

The world's oceans are undergoing profound changes as a result of human activities. However, the consequences of escalating human impacts on marine mammal biodiversity remain poorly understood. The International Union for the Conservation of Nature (IUCN) identifies 25% of marine mammals as at risk of extinction, but the conservation status of nearly 40% of marine mammals remains unknown due to insufficient data. Predictive models of extinction risk are crucial to informing present and future conservation needs, yet such models have not been developed for marine mammals. In this paper, we: (i) used powerful machine-learning and spatial-modeling approaches to understand the intrinsic and extrinsic drivers of marine mammal extinction risk; (ii) used this information to predict risk across all marine mammals, including IUCN "Data Deficient" species; and (iii) conducted a spatially explicit assessment of these results to understand how risk is distributed across the world's oceans. Rate of offspring production was the most important predictor of risk. Additional predictors included taxonomic group, small geographic range area, and small social group size. Although the interaction of both intrinsic and extrinsic variables was important in predicting risk, overall, intrinsic traits were more important than extrinsic variables. In addition to the 32 species already on the IUCN Red List, our model identified 15 more species, suggesting that 37% of all marine mammals are at risk of extinction. Most at-risk species occur in coastal areas and in productive regions of the high seas. We identify 13 global hotspots of risk and show how they overlap with human impacts and Marine Protected Areas.