DNA metabarcoding reveals rangewide variation in aquatic diet of a riparian avian insectivore, the Prothonotary Warbler

ABSTRACT Riparian avian insectivores not only depend on terrestrial insect prey but also benefit from the inclusion of aquatic prey during critical life-history periods. Diets identified herein show that Prothonotary Warbler (Protonotaria citrea) nestlings were provisioned with aquatic prey throughout the breeding season across their range, but with variation in prey frequency of occurrence and taxonomy. Anthropogenic activity and climate change may impact the trophic link especially between aquatic and riparian habitats by altering the presence, abundance, and timing of prey availability. Thus, we used DNA metabarcoding of fecal samples to quantify the frequency of occurrence of nestling diet items at 9 sites across their breeding range that differed in expected aquatic prey consumption. We analyzed spatial and temporal differences in the occurrence and multivariate diet assemblages of each prey source. Lepidoptera was the predominant terrestrial prey occurring in diets across space and time, whereas emergent aquatic insects and freshwater mollusks in aquatic diet exhibited greater variation. The frequency of emergent aquatic prey occurrence in nestling diets ranged from 61% to 100% across sites and was greater for early-season nestlings. The seasonal decrease in aquatic prey consumption indicates a potential temporal shift in the nutritional landscape from aquatic to terrestrial prey sources and a possible nutritional phenological mismatch for early nestlings as climate change advances the timing of insect emergence. Our findings also suggest that Prothonotary Warblers respond to environmental variability by consuming alternative prey and argue for future research investigating the extent to which shifting diets have nutritional consequences for riparian nestlings. LAY SUMMARY Prothonotary Warblers rely on wetland habitats, making them well-suited to understanding how consumers of aquatic prey respond to natural variability in prey over space and time and to wetland conditions that are degraded by human activities. By using a DNA approach, we identify a broader range of aquatic and terrestrial diet items consumed by warbler nestlings than has been documented by visual observations. We show that nestlings were regularly fed aquatic prey throughout their breeding range but varied in their aquatic diet composition, possibly due to differences in habitat composition, flooding, and impacts from nearby development and agriculture. We also found that more early-season nestling diets contained emergent aquatic insects such as mayflies, whereas more late-season nestling diets contained mollusks and terrestrial insects, suggesting a shift in diet sources over the breeding season. RESUMEN Las aves insectívoras ribereñas no solo dependen de presas de insectos terrestres, sino que también se benefician de la inclusión de presas acuáticas durante períodos críticos de su historia de vida. Las dietas identificadas aquí muestran que los polluelos de Protonotaria citrea fueron provistos con presas acuáticas durante toda la temporada reproductiva en su área de distribución, pero con variaciones en la frecuencia de ocurrencia y taxonomía de las presas. La actividad antropogénica y el cambio climático pueden afectar especialmente el vínculo trófico entre los hábitats acuáticos y ribereños al alterar la presencia, abundancia y temporalidad de la disponibilidad de presas. Por lo tanto, utilizamos el método de identificación simultánea de múltiples taxones con código de barras genético de ADN a partir de muestras fecales para cuantificar la frecuencia de ocurrencia de los elementos de la dieta de los polluelos en 9 sitios a lo largo de su área de reproducción que difirieron en el consumo esperado de presas acuáticas. Analizamos las diferencias espaciales y temporales en la ocurrencia y en los ensambles de dieta multivariados de cada fuente de presas. Lepidoptera fue la presa terrestre predominante en las dietas a lo largo del espacio y el tiempo, mientras que los insectos acuáticos emergentes y los moluscos de agua dulce presentes en la dieta acuática mostraron una mayor variación. La frecuencia de ocurrencia de presas acuáticas emergentes en las dietas de los polluelos varió del 61% al 100% entre los sitios y fue mayor para los polluelos de principios de la temporada. La disminución estacional en el consumo de presas acuáticas indica un posible cambio temporal en el paisaje nutricional desde fuentes de presas acuáticas hacia terrestres y una posible falta de sincronización fenológica nutricional para los polluelos tempranos, a medida que el cambio climático adelanta el momento de aparición de los insectos. Nuestros hallazgos también sugieren que P. citrea responde a la variabilidad ambiental consumiendo presas alternativas, y abogan por investigaciones futuras que estudien en qué medida los cambios en la dieta tienen consecuencias nutricionales para los polluelos ribereños.