Indirect effects affects ecosystem Indirect effects affects ecosystem dynamicsdynamics

The effect of non­lethal effects in planktonic community

Alessandra Lütz; Garcia Guillerme, Maikol Rodriguez, Thiago Couto, Caio Graciani, Angel Segura

BiodiversityBiodiversity

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David M. Hillis, Derrick Zwickl, and Robin Gutell, University of Texas. 

Energy flowEnergy flow

Ecosystem functioningEnergy fluxesTrophic models

Energy flowEnergy flow

Being eaten (predation)Change in prey abundanceand traitsModify community dynamics

Non Consumable Effects (NCE)Non Consumable Effects (NCE)

Trait­mediated indirect effects  (TMI)   

Do not imply biomass removal

Trait variation: Phenotipic (size), behaviour (diel migration), etc

NCE effectsNCE effects

TMI TMI 

Inducible defenses

Non Consumable Effects (NCE)Non Consumable Effects (NCE)

Trait­mediated indirect effects  (TMI)Not new (Science 1971)   

How relevant are NCEs to How relevant are NCEs to community dynamics?community dynamics?

NCE are relevant for predator NCE are relevant for predator ­prey dynamics­prey dynamicsSmall experimental systemsRelevant (Significative change)Planktonic   

Plankton dynamicsPlankton dynamicsMicrobial primary producersCells or coloniesHundreds of species Carbon sinking

Fast generation time (days)Easy to handleLarge size range

Plankton dynamicsPlankton dynamicsToxic bloomsEcosystems integrityBiodiversity lossHuman

NCE in planktonNCE in planktonWidely recognized 

Seldomly taken into accountSeldomly taken into accountFew models include explicitly it effects

Long term dynamics of this effect unexplored

Are NCE effects important for Are NCE effects important for community dynamics?community dynamics?

Hipothesis:Hipothesis:Inducible defenses modify community Inducible defenses modify community dynamics because of changes in biomass dynamics because of changes in biomass fluxes mediated by NCEfluxes mediated by NCE

Objective Objective Analyse community dynamics when species Analyse community dynamics when species shown inducible defenses behaviourshown inducible defenses behaviour

Planktonic systemsPlanktonic systemsLots of information on basic physiologyMorphology based functional groupsNutrient (P limited)

Group VIIGroup I

Planktonic systemsPlanktonic systemsLots of information on basic physiologyMorphology based functional groupsNutrient (P limited)

Group VIIGroup I

Kruk et al., 2010

How to ensamble the “system”?How to ensamble the “system”?

Predator­ “Daphnia” Limiting resource­ PhosporusCompeting species

How to ensamble the “system”?How to ensamble the “system”?

Predator­ “Daphnia” Limiting resource­ PhosporusCompeting speciesExplicit competition

Group VII

Group I

PP

How to ensamble the “system”?How to ensamble the “system”?

Predator­ “Daphnia” Limiting resource­ PhosporusCompeting speciesExplicit competition

Group VII

Group I

PP

What if NCE?What if NCE?

Change for I to VII in the prescence of Daphnia

Group VII

Group I

PP

Lets put some maths!Lets put some maths!

Change for I to VII in the prescence of Daphnia (m)

Group VII

Group I

PP

m

How does system behaves?How does system behaves?

Change for I to VII in the prescence of Daphnia (m)

Group VII

Group I

PP

m

Changes in the fixed pointsChanges in the fixed points

Group VII

Group I

PP

mM=0 (Exclusion)         m=0.4 (Coexistence)C or G­>0 C,G,Z,P > 0

Group VII

Group I

PP

m

m=0 (Exclusion G)                              m=0.4 (Coexistence)

Sustained oscilationsSustained oscilationsImplications for biodiversity Implications for biodiversity 

Group VII

Group I

PP

m

What about nature?What about nature?Coexistence­peaksCoexistence­peaks

Group VII

Group I

Group VII

Group I

PP

m

NCEs NCEs are are importantimportant

Non trivial effect Non trivial effect (Peacor et al 2012)(Peacor et al 2012)

Influence dominance and coexistenceInfluence dominance and coexistence

Explored in a mechanistic models based on Explored in a mechanistic models based on physiological principles (first time)physiological principles (first time)

Group VII

Group I

PP

mNCEs NCEs are are importantimportant

No data to compare with model outputNo data to compare with model output

Design of experiments for model evaluation Design of experiments for model evaluation and biological parametersand biological parameters

Mathemathical tools (topological aspects) Mathemathical tools (topological aspects) 

Group VIIGroup I

PP

m

m>0

Group VII

Group I

PP

m

m=0

Group VII

Group I

PP

m

Group VII

Group I

PP

m

Similar behaviourSimilar behaviour

Similar patterns in simple and complex modelSimilar patterns in simple and complex model

Similar model beahviour (needs more formal Similar model beahviour (needs more formal analysis)analysis)

Other competing groups? More predators?Other competing groups? More predators?