Ecology and population connectivity of lamnid sharks in the Mediterranean Sea

Large pelagic sharks are among the most threatened vertebrates worldwide, and the Mediterranean Sea represents a particularly concerning case, where fishing pressures, data paucity, and weak management all merge together in the same area. Despite their ecological importance as apex predators, the status, distribution, and ecological role of large lamnid sharks such as the shortfin mako (Isurus oxyrinchus) and the white shark (Carcharodon carcharias) remain poorly understood in this basin, hampering the development of effective conservation strategies. This PhD thesis aims to clarify the spatial dynamics, connectivity, and trophic roles of large pelagic sharks in the Mediterranean, with emphasis on shortfin mako and white sharks. By combining opportunistic data, statistical models, genomic analyses, trophic approaches, and innovative field methods, it tackles three main gaps: (i) uncertainty in spatiotemporal trends of shortfin mako occurrence, (ii) connectivity between Mediterranean and Eastern Atlantic populations, and (iii) poorly known trophic interactions between co-occurring lamnids. In the first chapter we obtained reliable abundance trends of shortfin makos in the Mediterranean by using opportunistic data and modelling them throgh a Bayesian spatial modelling framework (INLA). In the second chapter we used ddRADseq approach to investigate population structure, gene flow, and genetic diversity. This chapter contributes to clarifying whether Mediterranean makos should be managed as an independent unit or as part of a wider Atlantic stock. The third chapter focuses on the ecological role of lamnid sharks in the Mediterranean, a topic for which empirical data are scarce, providing a first comparative trophic evaluation of juvenile white and mako sharks, clarifying whether they compete for similar resources or partition niches. Finally, the fourth chapter highlights methodological innovations in the study of elusive pelagic sharks, drawing on the experience of the “White Shark Chase” project. Taken together, the chapters of this thesis aim to provide a more comprehensive understanding of the status, connectivity, and ecological role of large pelagic sharks in the Mediterranean Sea. By addressing fundamental gaps in distribution, genetics, and trophic ecology, and by testing innovative methodologies, this work contributes new insights and practical tools for the conservation of species that are regionally Critically Endangered and globally declining.

I grandi squali pelagici sono tra i vertebrati più minacciati a livello globale, e il Mar Mediterraneo rappresenta un contesto particolarmente critico, caratterizzato da forti pressioni di pesca, scarsità di dati e gestione inefficace. Sebbene lamnidi come lo squalo mako (Isurus oxyrinchus) e lo squalo bianco (Carcharodon carcharias) svolgano un ruolo essenziale come predatori apicali, nel Mediterraneo le loro dinamiche spaziali, la struttura di popolazione e le interazioni trofiche restano in gran parte sconosciute, con importanti implicazioni per la conservazione. Questa tesi mira a colmare queste lacune integrando dati opportunistici, modelli spaziali, genomica, analisi isotopiche e approcci innovativi di campo, con l’obiettivo di migliorare la comprensione della distribuzione, della connettività e del ruolo ecologico dei grandi squali pelagici nel bacino. Il lavoro affronta tre temi principali: (i) la mancanza di informazioni affidabili sulla distribuzione e sulle tendenze spazio-temporali dello squalo mako, (ii) l’incertezza sulla connettività tra Mediterraneo e Atlantico orientale, e (iii) la quasi totale assenza di dati sulle interazioni trofiche tra i lamnidi mediterranei. Il primo capitolo mira ad utilizzare dati opportunistici per modellarli tramite un approccio bayesiano, e produrre trend spazio-temporali in mediterraneo per il mako, corrette per lo sforzo di osservazione. Il secondo capitolo applica un approccio ddRADseq per valutare struttura genetica, diversità e flusso genico del mako tra Mediterraneo e Atlantico, contribuendo a chiarire se la popolazione mediterranea debba essere considerata una unità gestionale distinta. Il terzo capitolo analizza la nicchia trofica di mako e squalo bianco nel plateau tunisino attraverso isotopi stabili, fornendo la prima comparazione delle loro strategie alimentari nel Mediterraneo. Il quarto capitolo mette in evidenza come gli approcci innovativi possano superare le difficoltà logistiche e la rarità degli incontri con gli squali pelagici. Nel complesso, la tesi offre nuove basi scientifiche per la conservazione dei grandi squali pelagici nel Mediterraneo.