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¿Cómo introducir depredadores a un ecosistema simulado?

¿Cómo introducir depredadores a un ecosistema simulado?



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Hice un simulador de evolución y observé que cuando aparece un depredador marginalmente competente, rápidamente se multiplica y caza a todas las presas, lo que conduce a su propia extinción poco después. Esto parece diferente al mundo real.

Sobre el simulador
Los animales están controlados por redes neuronales, los herbívoros deben consumir partículas de alimentos generadas espontáneamente para obtener energía, los depredadores pueden minar la energía de una presa sin matarlo, pero esto dificulta significativamente el bienestar de la presa. Los animales se reproducen asexualmente con mutaciones.

Hay alrededor de 50 animales cuando aparece el depredador. Todos los herbívoros tienden a parecerse entre sí.

El resultado ideal
Este simulador estaba destinado inicialmente a explorar el desarrollo de un organismo individual a través de la evolución, pero el fenómeno que observé me hizo consciente de la importancia de ecosistemas completos. Quiero un simulador modificado para producir un ecosistema con múltiples nichos y estado final estable, en fin, quiero biodiversidad.

Alguna modificación propuesta

  • Agregue diferentes hábitats: los diferentes hábitats varían en las partículas de alimento generadas naturalmente, y los animales pueden detectar su diferencia.
  • mayor población
  • aumentar arbitrariamente el período reproductivo de los depredadores (?)

Lo que intentas hacer suena muy bien. Siento que puedes hacer lo siguiente:

1) Incrementar el período reproductivo de los depredadores.

2) Incrementar la proporción de presas por depredadores (ver la ecuación de Lotka-Volterra)

3) Hacer que la velocidad / capacidad reproductiva de un individuo esté en relación con el número de 'puntos' de energía

¿Con qué tipo de configuración estás trabajando, un modelo unicelular o una escala mayor?

Tal vez podría comenzar con una configuración exclusivamente herbívora, pero otorgue a todos los individuos la capacidad de dañar / minar una pequeña cantidad de energía de otro individuo.

¿Hay alguna forma de que me puedas enviar tu proyecto? Quiero echarle un vistazo


Creo que lo primero a considerar es agregar la inmigración de animales de presa de poblaciones externas. En el mundo real, si un depredador caza a su presa de la extinción (o cerca de ella), el depredador morirá lentamente. En ese período de tiempo de especies de presa baja / nula y baja densidad de depredadores, es una oportunidad perfecta para que los forasteros de las especies de presa vengan a llenar ese nicho vacío en esa área.

Otra cosa es que los depredadores que comen presas es fácil al principio porque el número de presas es grande. A medida que las presas se vuelven raras, se vuelven más difíciles de encontrar y potencialmente más inteligentes, por lo que es más difícil atraparlas una vez que las encuentras.

Además, el hecho de que los depredadores puedan "extraer energía" de la presa los convierte más en un parásito que en un depredador. Solo algo a considerar cuando lees sobre la dinámica de depredadores / presas.


Tienes un parásito o parasitoide, ya que no matan ni comen presas. Suponiendo depredadores reales, creo que estos también necesitan:

  • agregue algún tipo de comportamiento de defensa o estructura de defensa a las presas. en el mundo real, esto ocurre cuando la presa potencial es capaz de correr o tiene la piel gruesa.
  • agregar variación tanto en la presa como en el depredador, cosas como los individuos más rápido que otros, etc. Buenas novedades evolutivas para los depredadores (garras más grandes) impulsa la selección de buenas novedades evolutivas para las presas (piel más gruesa), que impulsa nuevamente la selección de buenas novedades evolutivas para los depredadores (grupo caza), que selecciona buenas novedades evolutivas para las presas (cuernos grandes y comportamiento agresivo) y así sucesivamente ...
  • agregue enfermedades, muerte y spam de vida a presas y depredadores

Agregue la opción del canibalismo y tal vez aumente la tasa de mutación de los depredadores de manera que las nuevas especies que se alimentan unas de otras evolucionen rápidamente. También asegúrese de que los herbívoros tengan la capacidad de desarrollar mecanismos de defensa como la protección de la manada de velocidad o la capacidad de dañar a los depredadores.


¿Cómo cambian los nuevos depredadores un ecosistema? Observa a la presa, dicen los investigadores de Princeton

Los depredadores invasores pueden devastar un ecosistema. De hecho, una de las principales causas de extinción es la introducción de depredadores en un sistema aislado como una isla o un lago. La destrucción generalmente se atribuye a las elecciones de alimentación del depredador, pero a veces la clave está en las respuestas de los animales de presa, según un equipo internacional de investigadores dirigido por Robert Pringle de Princeton.

"Realmente no se pueden entender las interacciones depredador-presa, o cómo los depredadores afectarán la biodiversidad y los ecosistemas, sin comprender el comportamiento de la presa", dijo Pringle, profesor asociado de ecología y biología evolutiva. “La forma en que las presas cambian su comportamiento para evitar ser devoradas es algo difícil de predecir, pero sin entender eso, no se puede predecir nada más. La mayor parte de la teoría en ecología simplemente asume que los depredadores comen presas, fin de la historia. El mundo real es más complicado. Pero no es tan complicado que no podamos llegar al fondo ".

Para estudiar los impactos de los depredadores invasores, un equipo de investigación dirigido por Rob Pringle de Princeton utilizó tres especies de lagartos: un depredador, el lagarto de cola rizada (Leiocephalus carinatus, abajo a la izquierda), y dos especies de presas, anoles verdes (Anolis smaragdinus, arriba) y anoles marrones (Anolis sagrei, abajo a la derecha). Descubrieron que los anoles podían coexistir pacíficamente, con anoles verdes en los árboles y anoles marrones más cerca del suelo, pero la introducción de depredadores empujaba a los anoles marrones hacia los árboles, intensificando la competencia y socavando su capacidad para coexistir. Por lo tanto, sus resultados desafían la generalidad de la hipótesis de la depredación clave y apoyan la competencia por los refugios.

La pregunta se está volviendo cada vez más urgente, señaló el coautor Rowan Barrett, presidente de investigación de Canadá en ciencias de la biodiversidad en la Universidad McGill en Montreal, Quebec. "La actividad humana está aumentando la aparición de nuevos depredadores que se introducen en ecosistemas anteriormente aislados", dijo. "Nuestro trabajo muestra que las consecuencias de estas invasiones de depredadores para la biodiversidad pueden depender en gran medida de los cambios en el comportamiento de las presas que alteran la forma en que las especies presas utilizan sus entornos".

Para abordar la pregunta, el equipo utilizó tres especies de lagartos: un depredador, el lagarto de cola rizada. Leiocephalus carinatus, y dos especies de presa, anoles verdes (Anolis smaragdinus) y anoles marrones (Anolis sagrei). Sus resultados aparecen en la edición del 6 de junio de Nature.

Los investigadores viajaron a 16 pequeñas islas en las Bahamas que utilizaron como ecosistemas experimentales. Los anoles marrones se establecieron en los 16, y los investigadores introdujeron los otros dos lagartos por separado o en combinación.

"Es tan raro en ecología poder manipular ecosistemas completos; estas pequeñas islas son como grandes placas de Petri oceánicas que nos permiten realizar experimentos realmente rigurosos y convincentes", dijo Pringle. "Simplemente no es posible hacer eso en la mayoría de los lugares".

Rob Pringle (izquierda) y Arash Askary de la Universidad McGill buscan lagartos en una isla de las Bahamas para recolectar muestras fecales para la codificación de metabarras de ADN. Pringle concibió por primera vez este experimento de 16 islas en 2010 e introdujo los anoles verdes (presas) y los lagartos de cola rizada (depredadores) en diferentes combinaciones en 2011. Tuvo un breve pánico en 2013 cuando parecía que los anoles verdes no se establecerían. poblaciones en cualquiera de las islas. "Me sentí muy aliviado cuando, en 2014, comenzamos a ver el patrón emergente, con la explosión de las poblaciones de anolis verdes, pero solo en las islas sin lagartijas de cola rizada".

Los investigadores encontraron que, en ausencia de depredadores, las dos especies de anolis coexistían muy bien, con anolis verdes en los árboles y anolis marrones que vivían más cerca del suelo. Las dos especies compitieron por insectos, pero la competencia "no fue severa", dijo Pringle. Pero cuando el equipo presentó a los depredadores de cola rizada, los anoles marrones huyeron a los árboles, donde el grueso lagarto que habitaba en el suelo no pudo seguirlos. Esto intensificó la competencia entre las dos especies de presas por el espacio y la comida, lo que socavó su capacidad para coexistir. Los resultados sugieren que cuando las presas pueden responder rápidamente a la presencia de un depredador cambiando su comportamiento, los depredadores normalmente pueden reducir la capacidad de coexistencia de las especies de presas.

"Una de las implicaciones clave de nuestro estudio es que el tamaño de los refugios que tienen las presas de los depredadores puede ser realmente importante para garantizar que las presas no se extingan", dijo Todd Palmer, coautor principal de la Universidad de Florida. “Cuando no hay suficiente espacio para que la presa se quede sin el riesgo constante de ser devorada, algo tiene que ceder, y es entonces cuando vemos que las especies desaparecen. Algunos de los ejemplos más recientes de extinción catastrófica de especies, como el colapso de un grupo realmente diverso de especies de peces en los grandes lagos africanos, pueden haber ocurrido en parte porque simplemente no había suficiente espacio seguro en esos ecosistemas. Por lo tanto, nuestros hallazgos no solo nos brindan algunas pistas sobre cómo manejar futuras introducciones de depredadores, sino también una mejor comprensión de cómo pueden haber surgido extinciones pasadas ".

Los investigadores caminan entre islas durante la marea baja. De izquierda a derecha: Josh Daskin, Ph.D. 2017 Pringle Naomi Man in’t Veld de la Universidad McGill y Tyler Kartzinel, ex investigador asociado postdoctoral en el laboratorio de Pringle.

Esta investigación "proporciona un hermoso contraejemplo a una teoría ecológica clásica", dijo Gaku Takimoto, un ecólogo teórico de la Universidad de Tokio que no participó en la investigación. "En teoría, la depredación promueve la coexistencia de especies de presa que compiten aplastando a los competidores superiores y poniéndose del lado de los competidores inferiores, pero su experimento mostró que el riesgo de depredación hizo que un competidor superior cambiara su hábitat para usurpar el de los competidores más débiles y destruir su coexistencia".

Los científicos saben desde hace mucho tiempo lo importantes que pueden ser los “depredadores clave” para la salud de los ecosistemas. Según la teoría de los depredadores clave, los depredadores superiores pueden evitar que una especie de presa se vuelva demasiado abundante y supere a todas las demás especies de presa, lo que generalmente debería aumentar la diversidad de las especies en los niveles bajos de la cadena alimentaria. Si bien este estudio no invalida este concepto, sí destaca que un ecosistema con un depredador superior no necesariamente será más diverso que uno sin un depredador superior.

“Los depredadores pueden reducir la diversidad de especies de presas”, dijo Pringle. “Eso no es 'bueno' y no es 'malo', es lo que es. Lo importante para mí es que entendemos cómo y por qué los depredadores tienen los efectos que tienen, de modo que podamos predecir qué sucederá cuando los ecosistemas obtengan nuevos depredadores a través de invasiones o cuando pierdan a los depredadores existentes a través de extinciones. Eso es realmente lo que nuestro estudio pretendía hacer. No es una obra de moralidad. No hay bien ni mal. Solo estamos tratando de obtener una comprensión clara de la biología ".

Los científicos aún no comprenden completamente todas las formas en que los depredadores introducidos afectan a las especies de presas residentes. En algunos casos, por supuesto, un depredador introducido puede devastar las poblaciones de presas simplemente comiéndolas. Pero las presas también pueden responder a los depredadores de maneras que reducen su probabilidad de ser devoradas, como esconderse en los árboles, como lo hicieron los anoles marrones. Allí, el riesgo de depredación es bajo, pero luego estas áreas se llenan de gente y la competencia se vuelve intensa. Esto lleva al resultado opuesto al escenario clásico de depredación clave que el equipo de Pringle lo llamó "competencia de refugio".

“Después de seis años de monitoreo de la población, encontramos que los lagartos de cola rizada desestabilizaron la coexistencia de las especies de presas competidoras al obligar a los anolis marrones y verdes a compartir los mismos refugios libres de depredadores e intensificar la competencia entre ellos, lo que llevó a la extinción de algunas poblaciones, ”Dijo Barrett de McGill. Por lo tanto, sus resultados desafían la generalidad de la hipótesis de depredación clave y apoyan la hipótesis de competencia de refugio en este entorno, dijo.

Man in 't Veld realiza un censo de lagartos con una botella de agua llena de pintura roja. El trabajo de campo no fueron las vacaciones tropicales que muchos imaginan, dijo Pringle. “Le dices a la gente que tienes un proyecto de investigación en las Bahamas, y casi todo el mundo tiene esta reacción sarcástica: '¡Oh, vida dura!' Pero el hecho es que este proyecto ha sido el trabajo más agotador, más incómodo y físicamente exigente que he realizado '. que alguna vez hemos hecho: gatear sobre nuestras manos, rodillas y vientres a través de una vegetación realmente espesa sobre rocas de piedra caliza muy afiladas en un calor de 90 grados. Tuvimos muchos cortes y contusiones. A algunos de nosotros nos pusieron puntos. Definitivamente no me quejo. Somos muy afortunados de poder trabajar en el campo en cualquier lugar, y este no es solo un lugar espectacularmente hermoso, sino que también ofrece oportunidades únicas para realizar una investigación experimental realmente elegante. Ha sido una maravilla. Pero siempre me ha resultado gracioso el contraste entre lo que la gente imagina cuando dices que trabajas en las Bahamas y la naturaleza de cómo es realmente el trabajo ".

Los investigadores querían profundizar más que simples encuestas de población, por lo que llevaron a cabo una metabarcoding de ADN en muestras fecales de cada especie de lagarto para analizar sus dietas. La codificación de metabarras de ADN, una poderosa herramienta que utiliza fragmentos cortos de ADN fecal para identificar las especies de presas devoradas por un depredador, mostró cómo las especies de lagartos competían por la comida en las islas. Los investigadores también utilizaron análisis de isótopos estables para analizar cómo los tratamientos experimentales afectaron la longitud de las cadenas alimentarias en las islas y la posición de cada especie en la cadena alimentaria.

En conjunto, estas técnicas permitieron a los investigadores comprender sus resultados mucho más profundamente, dijo Pringle. “Muchas veces, ejecutarás un experimento en el campo y obtendrás algunos resultados, pero no necesariamente entenderás por qué obtuviste esos resultados; es posible que tengas una mejor suposición o una hipótesis preferida, pero a menudo es un poco ambigua ," él dijo. “Ha sido uno de mis objetivos durante mucho tiempo integrar nuevas técnicas como la codificación de metabarras de ADN con técnicas establecidas como los experimentos de campo con botas de barro para tratar de obtener más información sobre el mecanismo. En este estudio, realmente entretejimos todos estos elementos en el transcurso del experimento de seis años, y eso es muy satisfactorio ".

Pringle comparte la primera autoría con Tyler Kartzinel, un ex postdoctorado en su laboratorio que ahora se encuentra en la Universidad de Brown, y con Palmer de UF. Otros coautores de Princeton son el estudiante graduado Matthew Hutchinson y los ex alumnos graduados Tyler Coverdale (Ph.D.2018) y Josh Dakin (Ph.D.2017). La estudiante de pregrado Lauren Wyman (promoción de 2014) contribuyó al trabajo de campo, y ella y Annie Ferlmann (promoción de 2016) hicieron tesis de alto nivel utilizando datos de este proyecto.

"Dr. Pringle pudo imitar las introducciones naturales de nuevos competidores y depredadores y luego rastrear lo que sucede en tiempo real ”, dijo Jodie Jawor, directora de programa de la National Science Foundation, que financió esta investigación. “Esta es una prueba rara y valiosa de lo que les sucede a las comunidades cuando se introducen nuevas especies. ... Los hábitats y la composición de las comunidades animales pueden cambiar por varias razones (desastres naturales, desarrollo, construcción), por lo que este trabajo nos ayuda a comprender los impactos ecológicos y, potencialmente, abordarlos de manera proactiva y con más información ”.

“Colapso inducido por depredadores de la estructura del nicho y la coexistencia de especies”, por Robert M. Pringle, Tyler R. Kartzinel, Todd M. Palmer, Timothy J. Thurman, Kena Fox-Dobbs, Charles CY Xu, Matthew C. Hutchinson, Tyler C . Coverdale, Joshua H. Daskin, Dominic A. Evangelista, Kiyoko M. Gotanda, Naomi A. Man in 't Veld, Johanna E. Wegener, Jason J. Kolbe, Thomas W. Schoener, David A. Spiller, Jonathan B. Losos & amp Rowan DH Barrett, aparece en la edición del 6 de junio de Nature (DOI: 10.1038 / s41586-019-1264-6). La investigación fue apoyada por la Fundación Nacional de Ciencias de los Estados Unidos (subvención DEB-1457697), el Instituto Ambiental de Princeton, una Cátedra de Investigación de Canadá y una Beca Vanier Canadá del Consejo de Investigación de Ciencias Naturales e Ingeniería de Canadá.


Modelos basados ​​en reglas y aplicaciones en biología

Los sistemas complejos están gobernados por procesos dinámicos cuyas reglas causales subyacentes son difíciles de desentrañar. Sin embargo, las reacciones químicas, las interacciones moleculares y muchos otros sistemas complejos generalmente se pueden representar como concentraciones o cantidades que varían con el tiempo, lo que proporciona un marco para estudiar estas relaciones dinámicas. Un número cada vez mayor de herramientas utiliza estas cuantificaciones para simular sistemas dinámicamente complejos para comprender mejor sus procesos subyacentes. La aplicación de tales métodos cubre varias áreas de investigación desde la biología y la química hasta la ecología e incluso las ciencias sociales. En el siguiente capítulo, presentamos el concepto de simulaciones basadas en reglas basadas en el algoritmo de simulación estocástica (SSA), así como otros métodos matemáticos como como modelos de Ecuaciones Diferenciales Ordinarias (ODE) para describir sistemas basados ​​en agentes. Además, describimos el marco matemático detrás de Kappa (κ), un lenguaje basado en reglas para el modelado de sistemas complejos, y algunas extensiones para modelos espaciales implementados en PISKaS (Parallel Implementation of a Spatial Kappa Simulator). Para facilitar la comprensión de estos métodos, incluimos ejemplos de cómo estos modelos pueden usarse para describir la dinámica de la población en un ecosistema simple de depredador-presa o para simular cambios en el ritmo circadiano.

Palabras clave: Modelado basado en reglas Simulación estocástica en lenguaje κ.


Introducción

Las olas de calor marinas (MHW) son períodos de temperaturas anormalmente altas (Hobday et al., 2016, Hobday et al., 2018). La duración, intensidad y gravedad de los MHW están aumentando rápidamente en todo el mundo (Frölicher et al., 2018 Meehl y Tebaldi, 2004). Por ejemplo, el total de días de MHW en el Mar de China Meridional ha aumentado entre 30 y 39 días por década desde 1982 (Yao et al., 2020). Los MHW son una de las principales causas de pérdida de biodiversidad marina (Ainsworth et al., 2020 Garrabou et al., 2009 Hughes et al., 2017 Smale et al., 2019 Wernberg et al., 2013). Recientemente se han reportado efectos severos de los MHW en manglares y lagunas a lo largo de la costa (Dalton et al., 2020 Short et al., 2015). Por ejemplo, el MHW provocó un blanqueamiento masivo de los corales en las lagunas de la isla Lord Howe (Dalton et al., 2020) y redujo el crecimiento y aumentó la mortalidad de las algas coralinas en Marmion Lagoon, Australia Occidental (Short et al., 2015).

En manglares y lagunas costeras, los copépodos son un grupo dominante de mesozooplancton (Buesa, 2019 Truong et al., 2014). Los efectos del calentamiento sobre el rendimiento de las especies de copépodos se han estudiado ampliamente (Doan et al., 2019 Huntley y Lopez, 1992 Lehette et al., 2016 Preziosi y Runge, 2014). Existe una evidencia creciente de que el calentamiento extremo de los MHW tendrá efectos especialmente fuertes en los copépodos costeros tropicales, ya que estas especies viven cerca de su óptimo fisiológico térmico superior (

32 ° C, Doan et al., 2019 Grønning et al., 2019 Lehette et al., 2016 Nguyen et al., 2020). En experimentos de laboratorio recientes, los copépodos marinos muestran un crecimiento reducido (Ashlock y Pespeni, 2019 Doan et al., 2019), tasa de pastoreo (Doan et al., 2018) y producción de nauplios (Doan et al., 2019) a temperaturas de 34– 35 ° C.

Además del calentamiento, los depredadores juegan un papel fundamental en la configuración de la estructura y función de las redes tróficas costeras enteras (Harley, 2011). El riesgo de depredación puede afectar la fisiología, morfología, comportamiento, crecimiento y reproducción de presas como los copépodos (Bjærke et al., 2014 Gutiérrez et al., 2010 Heuschele y Selander, 2014). Las señales de los depredadores pueden tener efectos sobre el crecimiento, la alimentación y la reproducción de los copépodos (Bjærke et al., 2014 Cieri y Stearns, 1999 Heuschele et al., 2014 Lasley-Rasher y Yen, 2012). Por ejemplo, la presencia de señales de depredadores de peces aumenta la tasa de crecimiento de Temora longicornis (Bjærke et al., 2014). Sin embargo, otros estudios muestran que los depredadores reducen el rendimiento de los copépodos. La llenura intestinal de Acartia tonsa y A. hudsonica se reduce cuando los copépodos se crían con la presencia del exudado de peces (Cieri y Stearns, 1999) o peces en libertad (Bollens y Stearns, 1992). La presencia de depredadores mísidos perjudica la reproducción de copépodos estuarinos al reducir la proporción de hembras portadoras de huevos de Eurytemora affinis (Heuschele et al., 2014). Los depredadores mísidos pueden reducir el éxito de apareamiento de E. herdmani al reducir el éxito de la transferencia de espermatóforos y la producción de nauplios (Lasley-Rasher y Yen, 2012).

Además, las tasas de depredación generalmente aumentan con el calentamiento (Allan et al., 2017 Harley, 2011), por lo que inducen más estrés en las especies de presas. Sin embargo, las investigaciones de los impactos del calentamiento en las poblaciones naturales se basan en gran medida en la tolerancia fisiológica a la temperatura (por ejemplo, Doan et al., 2019 Pörtner y Farrell, 2008 Smale et al., 2019 Somero, 2010). La forma en que los factores estresantes bióticos, como el riesgo de depredación, pueden alterar la fisiología de las especies de presas y modular aún más su sensibilidad al calentamiento, sigue siendo una gran laguna de conocimiento. Pocos estudios han investigado el efecto de las señales de los depredadores sobre el zooplancton a temperaturas elevadas (por ejemplo, Luhring et al., 2019 Meyer et al., 2017 Tseng y O & # x27Connor, 2015). En ecosistemas de agua dulce, Meyer et al. (2017) mostró que los efectos de los depredadores (Cyclops kolensis) sobre la abundancia de animales de presa (Estilífero Gastropus y Keratella cochlearis y nauplios de copépodos) son independientes de las temperaturas. Sin embargo, este fue un estudio a corto plazo ya que la prueba de interacción depredador-presa se realizó durante solo 24 h, lo que puede no capturar completamente los efectos a largo plazo y dependientes de las temperaturas sobre el estrés de depredación, y viceversa, sobre la aptitud de las especies de presa ( Meyer et al., 2017). Un experimento multigeneracional a largo plazo muestra que la presión de depredación de las larvas de dípteros (Chaoborus americanus) puede modificar las adaptaciones de un dáfnido de agua dulce (Daphnia pulex) a altas temperaturas (Tseng y O & # x27Connor, 2015). D. pulex mostraron una tasa de crecimiento poblacional más alta a 21 ° C que a 18 ° C solo cuando habían sido criados con depredadores (Tseng y O & # x27Connor, 2015).

Las investigaciones sobre los impactos de las temperaturas extremas de los MHW y su interacción con los depredadores en los copépodos en los manglares y lagunas del sudeste asiático tropical son muy relevantes, oportunas e importantes por dos razones. En primer lugar, el sudeste asiático es una de las regiones con mayor diversidad biológica del mundo (Liu, 2013) donde los copépodos son importantes presas de larvas y juveniles de peces en ecosistemas de lagunas y manglares hiperproductivos (Chew et al., 2012 Davis, 1985 Truong et al. ., 2014 Veettil et al., 2019). En segundo lugar, esta región figura entre las 10 áreas más vulnerables al cambio climático (Ministerio de Recursos Naturales y Medio Ambiente de Vietnam, 2009 Germanwatch, 2018). Este estudio tiene como objetivo desentrañar los efectos interactivos emergentes de las señales de depredadores de barramundi (Lates calcarifer) y alta temperatura de MHW en la aptitud de los copépodos marinos tropicales. El copépodo calanoide Pseudodiaptomus incisus fue elegida como la especie de estudio. Cuantificamos los parámetros clave de aptitud que son el tamaño en la madurez, el tamaño de la puesta, el éxito de la eclosión, la producción de nauplios y gránulos fecales de por vida y la esperanza de vida de los adultos. P. incisus se distribuyen localmente en lagunas y manglares a lo largo de la costa central de Vietnam (BISMAL, 2020 Truong et al., 2014), y ocurren dentro de la distribución natural de la barramundi (Davis, 1985 Gray, 1986).


Introducción

Las olas de calor marinas (MHW) son períodos de temperaturas anormalmente altas (Hobday et al., 2016, Hobday et al., 2018). La duración, intensidad y gravedad de los MHW están aumentando rápidamente en todo el mundo (Frölicher et al., 2018 Meehl y Tebaldi, 2004). Por ejemplo, el total de días de MHW en el Mar de China Meridional ha aumentado entre 30 y 39 días por década desde 1982 (Yao et al., 2020). Los MHW son una de las principales causas de pérdida de biodiversidad marina (Ainsworth et al., 2020 Garrabou et al., 2009 Hughes et al., 2017 Smale et al., 2019 Wernberg et al., 2013). Recientemente se han reportado efectos severos de los MHW en manglares y lagunas a lo largo de la costa (Dalton et al., 2020 Short et al., 2015). Por ejemplo, el MHW provocó un blanqueamiento masivo de los corales en las lagunas de la isla Lord Howe (Dalton et al., 2020) y redujo el crecimiento y aumentó la mortalidad de las algas coralinas en Marmion Lagoon, Australia Occidental (Short et al., 2015).

En manglares y lagunas costeras, los copépodos son un grupo dominante de mesozooplancton (Buesa, 2019 Truong et al., 2014). Los efectos del calentamiento sobre el rendimiento de las especies de copépodos se han estudiado ampliamente (Doan et al., 2019 Huntley y Lopez, 1992 Lehette et al., 2016 Preziosi y Runge, 2014). Existe una creciente evidencia de que el calentamiento extremo de los MHW tendrá efectos especialmente fuertes en los copépodos costeros tropicales, ya que estas especies viven cerca de su óptimo fisiológico térmico superior (

32 ° C, Doan et al., 2019 Grønning et al., 2019 Lehette et al., 2016 Nguyen et al., 2020). En experimentos de laboratorio recientes, los copépodos marinos muestran un crecimiento reducido (Ashlock y Pespeni, 2019 Doan et al., 2019), tasa de pastoreo (Doan et al., 2018) y producción de nauplios (Doan et al., 2019) a temperaturas de 34– 35 ° C.

Además del calentamiento, los depredadores juegan un papel fundamental en la configuración de la estructura y función de las redes tróficas costeras enteras (Harley, 2011). El riesgo de depredación puede afectar la fisiología, morfología, comportamiento, crecimiento y reproducción de presas como los copépodos (Bjærke et al., 2014 Gutiérrez et al., 2010 Heuschele y Selander, 2014). Las señales de los depredadores pueden tener efectos sobre el crecimiento, la alimentación y la reproducción de los copépodos (Bjærke et al., 2014 Cieri y Stearns, 1999 Heuschele et al., 2014 Lasley-Rasher y Yen, 2012). Por ejemplo, la presencia de señales de depredadores de peces aumenta la tasa de crecimiento de Temora longicornis (Bjærke et al., 2014). Sin embargo, otros estudios muestran que los depredadores reducen el rendimiento de los copépodos. La llenura intestinal de Acartia tonsa y A. hudsonica se reduce cuando los copépodos se crían con la presencia del exudado de peces (Cieri y Stearns, 1999) o peces en libertad (Bollens y Stearns, 1992). La presencia de depredadores mísidos perjudica la reproducción de copépodos estuarinos al reducir la proporción de hembras portadoras de huevos de Eurytemora affinis (Heuschele et al., 2014). Los depredadores mísidos pueden reducir el éxito de apareamiento de E. herdmani al reducir el éxito de la transferencia de espermatóforos y la producción de nauplios (Lasley-Rasher y Yen, 2012).

Además, las tasas de depredación generalmente aumentan con el calentamiento (Allan et al., 2017 Harley, 2011), por lo que inducen más estrés en las especies de presas. Sin embargo, las investigaciones de los impactos del calentamiento en las poblaciones naturales se basan en gran medida en la tolerancia fisiológica a la temperatura (por ejemplo, Doan et al., 2019 Pörtner y Farrell, 2008 Smale et al., 2019 Somero, 2010). La forma en que los factores estresantes bióticos, como el riesgo de depredación, pueden alterar la fisiología de las especies de presas y modular aún más su sensibilidad al calentamiento, sigue siendo una gran laguna de conocimiento. Pocos estudios han investigado el efecto de las señales de los depredadores sobre el zooplancton a temperaturas elevadas (por ejemplo, Luhring et al., 2019 Meyer et al., 2017 Tseng y O & # x27Connor, 2015). En ecosistemas de agua dulce, Meyer et al. (2017) mostró que los efectos de los depredadores (Cyclops kolensis) sobre la abundancia de animales de presa (Estilífero Gastropus y Keratella cochlearis y nauplios de copépodos) son independientes de las temperaturas. Sin embargo, este fue un estudio a corto plazo ya que la prueba de interacción depredador-presa se llevó a cabo durante solo 24 h, lo que puede no capturar completamente los efectos a largo plazo y dependientes de las temperaturas sobre el estrés de depredación, y viceversa, sobre la aptitud de las especies de presa ( Meyer et al., 2017). Un experimento multigeneracional a largo plazo muestra que la presión de depredación de las larvas de dípteros (Chaoborus americanus) puede modificar las adaptaciones de un dáfnido de agua dulce (Daphnia pulex) a altas temperaturas (Tseng y O & # x27Connor, 2015). D. pulex mostraron una tasa de crecimiento poblacional más alta a 21 ° C que a 18 ° C solo cuando habían sido criados con depredadores (Tseng y O & # x27Connor, 2015).

Las investigaciones de los impactos de las temperaturas extremas de los MHW y su interacción con los depredadores en los copépodos en los manglares y lagunas del sudeste asiático tropical son muy relevantes, oportunas e importantes por dos razones. En primer lugar, el sudeste asiático es una de las regiones con mayor diversidad biológica del mundo (Liu, 2013) donde los copépodos son importantes presas de larvas y juveniles de peces en ecosistemas de lagunas y manglares hiperproductivos (Chew et al., 2012 Davis, 1985 Truong et al. ., 2014 Veettil et al., 2019). En segundo lugar, esta región figura entre las 10 áreas más vulnerables al cambio climático (Ministerio de Recursos Naturales y Medio Ambiente de Vietnam, 2009 Germanwatch, 2018). Este estudio tiene como objetivo desentrañar los efectos interactivos emergentes de las señales de depredadores de barramundi (Lates calcarifer) y alta temperatura de MHW en la aptitud de los copépodos marinos tropicales. El copépodo calanoide Pseudodiaptomus incisus fue elegida como la especie de estudio. Cuantificamos los parámetros clave de aptitud que son el tamaño en la madurez, el tamaño de la puesta, el éxito de la eclosión, la producción de nauplios y gránulos fecales de por vida y la esperanza de vida de los adultos. P. incisus se distribuyen localmente en lagunas y manglares a lo largo de la costa central de Vietnam (BISMAL, 2020 Truong et al., 2014), y ocurren dentro de la distribución natural de la perca gigante (Davis, 1985 Gray, 1986).


Para ver cómo los depredadores invasores cambian un ecosistema, observe la presa, dicen los investigadores

IMAGEN: Para estudiar los impactos de los depredadores invasores, un equipo de investigación dirigido por Rob Pringle de Princeton utilizó tres especies de lagartos: un depredador, el lagarto de cola rizada (Leiocephalus carinatus, abajo a la izquierda) y dos.

Los depredadores invasores pueden devastar un ecosistema. De hecho, una de las principales causas de extinción es la introducción de depredadores en un sistema aislado como una isla o un lago. La destrucción generalmente se atribuye a las elecciones de alimentación del depredador, pero a veces la clave está en las respuestas de los animales de presa, según un equipo internacional de investigadores dirigido por Robert Pringle de Princeton.

"Realmente no se pueden entender las interacciones depredador-presa, o cómo los depredadores afectarán la biodiversidad y los ecosistemas, sin comprender el comportamiento de la presa", dijo Pringle, profesor asociado de ecología y biología evolutiva. "La forma en que las presas cambian su comportamiento para evitar ser devoradas es algo difícil de predecir, pero sin entender eso, no se puede predecir nada más. La mayoría de las teorías en ecología simplemente asumen que los depredadores se comen a las presas, fin de la historia. El mundo es más complicado. Pero no es tan complicado que no podamos llegar al fondo ".

La pregunta se está volviendo cada vez más urgente, señaló el coautor Rowan Barrett, presidente de investigación de Canadá en ciencias de la biodiversidad en la Universidad McGill en Montreal, Quebec. "La actividad humana está aumentando la aparición de nuevos depredadores que se introducen en ecosistemas anteriormente aislados", dijo. "Nuestro trabajo muestra que las consecuencias de estas invasiones de depredadores para la biodiversidad pueden depender en gran medida de los cambios en el comportamiento de las presas que alteran la forma en que las especies de presas utilizan sus entornos".

To tackle the question, the team used three lizard species: one predator, the curly-tailed lizard Leiocephalus carinatus, and two prey species, green anoles (Anolis smaragdinus) and brown anoles (Anolis sagrei). Their results appear in the June 6 issue of Naturaleza.

The researchers traveled to 16 small islands in the Bahamas that they used as experimental ecosystems. The brown anoles were established on all 16, and the researchers introduced the other two lizards separately or in combination.

"It's so rare in ecology to be able to manipulate whole ecosystems -- these little islands are kind of like big oceanic petri dishes that enable us to run really tight and compelling experiments," Pringle said. "It's just not possible to do that in most places."

The researchers found that in the absence of predators, the two anole species coexisted just fine, with green anoles in trees and brown anoles living closer to the ground. The two species competed for insects, but the competition was "not severe," Pringle said. But when the team introduced the curly-tailed predators, the brown anoles fled to the trees, where the chunky ground-dwelling lizard couldn't follow. This intensified the competition between the two prey species for space and food, which undermined their ability to coexist. The results suggest that when prey can respond rapidly to the presence of a predator by changing their behavior, predators might typically reduce the ability of prey species to coexist.

"One of the key implications of our study is that the size of the refuges that prey have from predators can be really important for ensuring that prey don't go extinct," said Todd Palmer, a co-first-author at the University of Florida. "When there's not enough room for prey to hang out without the constant risk of being eaten, something's got to give, and that's when we see species disappearing. Some of the more recent examples of catastrophic species extinction, such as the collapse of a really diverse group of fish species in the African great lakes, may have occurred in part because there simply wasn't enough safe space in those ecosystems. So our findings not only give us some clues about how to manage future predator introductions, but also a better understanding of how past extinctions may have arisen as well."

This research "provides a beautiful counterexample to a classic ecology theory," said Gaku Takimoto, a theoretical ecologist at the University of Tokyo who was not involved in the research. "In theory, predation promotes the coexistence of competing prey species by crushing superior competitors and siding with inferior competitors, but their experiment showed that risk of predation caused a superior competitor to shift its habitat to usurp that of weaker competitors and destroy their coexistence."

Scientists have long known how important "keystone predators" can be for healthy ecosystems. According to the keystone predator theory, top predators can prevent any one prey species from becoming too abundant and outcompeting all the other prey species, which should generally increase the diversity of the species at low levels of the food chain. While this study does not overturn this concept, it does highlight that an ecosystem with a top predator will not necessarily be more diverse than one without a top predator.

"Predators can reduce the diversity of prey species," said Pringle. "That's not 'good,' and it's not 'bad' -- it is what it is. The important thing to me is that we understand how and why predators have the effects that they do, so that we can predict what will happen when ecosystems gain new predators through invasions or when they lose existing predators through extinctions. That is really what our study was aiming to do. It's not a morality play. There's no good and no evil. We're just trying to get a clear understanding of the biology."

Scientists still don't fully understand all the ways introduced predators affect resident prey species. In some cases, of course, an introduced predator can devastate prey populations by simply eating them up. But prey can also respond to predators in ways that reduce their likelihood of getting eaten -- like hiding in trees, as the brown anoles did. There, the risk of predation is low, but then these areas become crowded, and competition becomes intense. This leads to the opposite outcome from the classical keystone predation scenario Pringle's team called it "refuge competition."

"After six years of population monitoring, we found that curly-tailed lizards destabilized coexistence of the competing prey species by forcing brown and green anoles to share the same predator-free refuges and intensifying competition between them, leading to the extinction of some populations," said McGill's Barrett. Their results therefore challenge the generality of the keystone-predation hypothesis and support the refuge-competition hypothesis in this environment, he said.

The researchers wanted to dig deeper than simple population surveys, so they conducted DNA metabarcoding on fecal samples from each lizard species, to analyze their diets. DNA metabarcoding, a powerful tool that uses short fragments of fecal DNA to identify the prey species eaten by a predator, showed how the lizard species were competing for food on the islands. The researchers also used stable-isotope analysis to analyze how the experimental treatments affected the length of the food chains on the islands and the position of each species in the food chain.

Taken together, these techniques allowed the researchers to understand their results much more deeply, said Pringle. "A lot of times, you'll run an experiment in the field and get some results, but you won't necessarily understand why you got those results -- you might have a best guess or a favored hypothesis, but it's often a bit ambiguous," he said. "It's been a goal of mine for a long time to integrate new techniques like DNA metabarcoding with established techniques like muddy-boots field experiments to try to get more insight into mechanism. In this study, we really wove all these elements together over the course of the six-year experiment, and that is very satisfying."

Pringle shares co-first-authorship with Tyler Kartzinel, a former postdoc in his lab who is now at Brown University, and with Todd Palmer of the University of Florida. Other Princeton co-authors are graduate student Matthew Hutchinson and graduate alumni Tyler Coverdale (Ph.D. 2018) and Josh Dakin (Ph.D. 2017). Undergraduate Lauren Wyman (Class of 2014) contributed to the fieldwork, and she and Annie Ferlmann (Class of 2016) both did senior theses using data from this project.

"Dr. Pringle was able to mimic naturally occurring introductions of new competitors and predators and then track what happens in real time," said Jodie Jawor, a program director at the National Science Foundation, which funded this research. "This is a rare and valuable test of what happens to communities when new species are introduced. . Habitats and the composition of animal communities can change for various reasons -- natural disasters, development, construction -- so this work helps us understand the ecological impacts and potentially address them proactively and more fully informed."


Introduce New Material

Start the lesson with a review of concepts from the previous lesson, Food Chain, Food Webs. Ask students 5-7 questions that will help to you assess whether or not you will need to review previous content more or less before beginning the lab. Por ejemplo,

  • What is used to indicate the flow of energy in a food chain or web?
  • What happens to energy as we move from step to step in a food chain or web?
  • Define food web.
  • What is meant by trophic levels?
  • Define autotroph.
  • The 1st trophic level consists of what group?
  • What are detritivores? What do they eat?
  • What organism feeds on dead plants and animals and helps recycle them?

Make sure that you are selecting several students throughout the review. Make it a point to call on the “silent” students who do not raise their hands not as punishment but in an effort to find it if they are “lost” in the concept comprehension.

Based on students’ understanding of the content, decide whether to delay introducing the lab until after previous concepts are remediated. Do not move forward with new material the there is a sense that all or most students understand the concepts that have already been taught.

Once the review is complete, introduce the Trophic Level Lab. Introduce new vocabulary terms: density-dependent factors and density-independent factors. Provide information and examples of both types of limiting factors. Display the definitions as you talk. Read the Australian rabbit problem aloud to students. Use this problem to tie the new terms to a real world situation. Ask student to identify what factors in this situation are density dependent or density-independent? Require students to explain their answer.


Objetivo

1) To understand the basic definitions of carrying capacity, satiation and how they relate to each other on an actual field.

2) Understanding how these dynamics could be implemented with the help of mathematical equations.

Carrying capacity: The maximum sustainable limit by the environment, either it is population density or the food sources.

Satiation: This can be explained with respect to predation rate. Predator/prey on reaching satiation indicates that they are saturated and no tendency to hunt more.

Consider a real field scenario, wherein snakes hunt frogs. The environment in which these predator/prey species exist has a specific carrying capacity. The frogs can grow at a specific growth rate and only can reach up to the carrying capacity for the frogs in that environment. If the frog population grows beyond that, then their population would be wiped out as all the available food resources would have been consumed. The most limiting factor in nature is the food resource. The intrinsic growth rate of the prey population is controlled by predators. The prey species has to add the number of prey individuals equal to the number of prey individuals that have been removed by the predator. If they cannot maintain this balance, then both the species will become extinct.

Having said that, let us look into the example of snakes hunting down frogs. The snakes would hunt down at its maximum predation rate when it feels very hungry. Hungriness is the driving force for the maximum predation rate, which we refer to here as satiation. The rate of snakes hunting down frogs depends on the carrying capacity of the frogs in that environment. Imagine that frogs have a very high carrying capacity, which means that the probability for the snake to hunt down frogs would increase. On the contrary, it will have less probability to hunt down. In the former case, the snake can reach its maximum predation rate very easily and in the latter case, it cannot be reached rather easily. On the other way around if you see, the snake can become easily satiated in the former case while in the latter case, it does not become satiated that easily. So, carrying capacity plays a very important role in regulation the satiation factor in the predators.

While considering satiation parameter in the predator, another important factor needs to be considered. The predator on reaching satiation may not hunt down the prey, but can store the prey for future consumption. Considering all these dynamics, imagine that you would like to increase the population density of a certain snake species. The next obvious thing for achieve this is to increase the frog species population in that environment. You can simulate these dynamics using mathematical equations to test before proceeding to the actual field.

Here are two different scenarios:

1) Increasing prey carrying capacity when the predator is not satiated.

2) Increasing prey carrying capacity when the predator is satiated.

We use the same logistic equations for the prey and predator as like in previous simulators. The prey dynamics is regulated by the equation:

Likewise, for the predator the below equation is used:

Wherein, r refers to rate of growth,

N1 is the initial population density of prey,

N2 is the initial population density of predator,

K is the carrying capacity of the prey,

a is the number of encounters resulted in kill,

b is the amount of prey converted to predator and

d is the death rate of the predator.

Using these equations for prey and predator we simulate the condition wherein the predator does not become satiated. For predator that does not become satiated no modifications are required in the classical logistic equations for predator and prey.

While for the predator that does become satiated, they do require modification and addition of extra parameters to the prey and predator logistic equations. The logistic prey equation in this case looks in the following way:

In the above equation, there&rsquos an additional parameter called &ldquoc&rdquo was added which is called the satiation value for the predator. The parameter c is set by the user in the online simulator using a slider bar provided. &lsquoTheta&rsquo refers to the spatial distribution of the individuals within an environment.

The modified logistic predator equation in this case looks in the following way:

By this time you should be quite aware of all the parameter definitions. Using these two modified logistic equations for predator and prey, we can simulate the condition wherein the predator does become satiated.

Try changing the carrying capacity for the prey and observe the simulated graphs and note down the differences for the predator that does not become satiated and the predator that does become satiated.


Descripciones generales

To acquire a broad overview of the field of predator-prey ecology, one should begin by examining several excellent reviews and general resources on the subject. A great starting point for researchers interested in an introduction to predator-prey ecology is Barbosa and Castellanos 2005, which examines the subject from behavioral, population, and applied perspectives. For a more detailed approach, Lima and Dill 1990 provides a readable synthesis of behavioral trade-offs involved in predator-prey interactions, one that is broadened in ecological scope in Lima 1998 and, written later, Chase, et al. 2002. Dawkins and Krebs 1979 provides an introduction to the evolution of the predator-prey arms race, while Abrams 2000 provides a critical approach to the arms race using a largely theoretical background for the predator-prey interaction, especially in terms of its evolutionary stability. For birds and mammals specifically, Caro 2005 describes the evolution of the wide range of behavioral and morphological traits that minimize predation risk.

Abrams, Peter A. 2000. The evolution of predator-prey interactions: Theory and evidence. Annual Review of Ecology and Systematics 31:79–105.

A very detailed review on the evolution/coevolution of the predator-prey interaction. Abrams supports his arguments with a strong theoretical background beginning with early Lokta-Volterra models and advancing through gaps in current models.

Barbosa, Pedro, and Ignacio Castellanos, eds. 2005. Ecology of predator-prey interactions. Oxford: Universidad de Oxford. Presionar.

This edited volume constitutes an excellent overview of some of the current ideas and trends occurring in the field and takes an integrative and holistic approach (incorporating behavior, physiology, ecology, evolution, and conservation) to the subject. See especially p. 394.

Caro, Tim. 2005. Antipredator defenses in birds and mammals. Chicago: Univ. de Chicago Press.

This book is a comprehensive overview of the morphological and behavioral adaptations of birds and mammals that evolved to minimize predation risk. Caro discusses the ability to recognize predators, the traits that reduce predator detection, and those that advertise unpalatability, as well as the benefits of grouping and active defense.

Chase, Jonathan M., Peter A. Abrams, James P. Grover, et al. 2002. The interaction between predation and competition: A review and synthesis. Letras de ecología 5.2: 302–315.

This review addresses the role of predation as it integrates theories about the role of competition in community regulation. It examines several important arguments about the relevance of predation in changing interactions between competitors.

Dawkins, Richard, and John R. Krebs. 1979. Arms races between and within species. Proceedings of the Royal Society B, Biological Sciences 205:489–511.

A classic review of the fundamental questions of coevolution. The discussions in this article include, yet reach well beyond, predator-prey interactions. Accessible to undergraduates.

Lima, Steven L. 1998. Nonlethal effects in the ecology of predator-prey interactions: What are the ecological effects of anti-predator decision-making? Biociencia 48:25–34.

An extension of the logic of Lima and Dill 1990 applied to larger-scale phenomena, this review examines the influence of predator-prey behavior on population processes. This review helped influence the swing in studies away from density-mediated to trait-mediated interactions.

Lima, Steven L., and Lawrence M. Dill. 1990. Behavioral decisions made under the risk of predation: A review and prospectus. Canadian Journal of Zoology 68:619–640.

One of the most influential and often cited references in predator-prey ecology. This very approachable review is a masterpiece of synthesis and careful writing that stimulated an entire field. Focusing on the individual’s behavior and its influence on predator-prey interactions, this article made popular the approach of behavioral trade-offs in ecology. A must read. Accessible to undergraduates.

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Predator - Prey Dynamics - Classical Predator-Prey theory

A case study on Rats (Prey) and Snakes (Predator)

The predator-prey relationship is substantial in maintaining the equilibrium between various animal species. Without predators, certain species of prey would force other species to extinction as a result of competition. We can explain the critical effects that can be caused by an imbalance in the Predator-Prey relationship. We will consider a predator-prey population where Foxes hunt Rabbits. Imagine a situation where, due to increase in Illegal Poaching, the number of Fox drastically falls down. Those that survive may fear coming out during day time and may decide to go in search of food during the night when they are at a serious disadvantage, as evolution has not favored them to have the skills of poaching nocturnal. They won't survive in such conditions. The population of Rabbit starts to spike at that area, thus leading to competition for existing food sources. Since most are likely to starve, they go in search of alternate food sources. They start exploring beyond their usual boundaries, they step foot into the World Dominated by Primates!! They learn quickly that, there is easy and direct access to food at our farms and agricultural fields. Gradually the numbers depending on our agriculture shoots up. Our crops get destroyed, chances of Zoonosis increases, etc. They can affect our Economy, Health and Hygiene, Food supply, etc.

Many studies on the population ecology of predators have demonstrated that predator numbers rise-and-fall cyclically with those of their preferred prey - albeit that there is a synchronicity between the populations. This scenario -- where the predator populations crash shortly after their prey populations experience a crash this is known as predator-prey cycle. Logic and mathematical theory propose that when the prey population is abundant, their predator count will increase, consequently the prey population will decrease, which in turn accounts predator count to decline. The prey population eventually restores, starting a new cycle.

The population dynamics of predator-prey interactions can be modeled using the Lotka−Volterra equations, which is based on differential equations. These provide a mathematical model for the cycling of predator and prey populations. The mass action approach to modeling tropic interactions was pioneered, independently, by the American biophysicist Alfred James Lotka (1925) and Italian mathematician Vito Volterra (1926). These authors argued that consumer (predator) and resource (prey) populations could be treated like particles interacting in a homogeneously mixed gas or liquid and under these conditions, the rate of encounter between consumers and resources (the reaction rate) would be proportional to the product of their masses (the "law of mass action").

The Lotka-Volterra Prey-Predator model involves two equations, one which describes how the prey population changes and the second which describes how the predator population changes. We will look at Lotka-Volterra equation using a Predator-Prey dynamic population of Snakes and Rats. The dynamics of the interaction between a rat population R (prey) and a snake population S (predator) is described by the differential equations:

  • a is natural growth rate of R in absence of S.
  • c is natural death rate of snakes in the absence of food R.
  • b is the death rate per encounter of R due to predation.
  • e is the efficiency of turning predated R into S.

The model helps to predict a cyclic relationship between the predator prey population dynamics in the ecosystem. As the number of predators increases, gradually the consumption rate also increases leading to the decrease in the prey population (Figure 1). Obviously, the decrease in the prey population causes the decrease in the predator population. Thus the reduction in the consumption rate of predators results in the growth of the prey. The cycle continues again.

Figure 1: Graphical representation of Lotka-Volterra Prey-Predator model

A case study on Canadian lynx and Snowshoe hare

MacLulich published some classical information about the lynx and snow shoe hare in 1937. The population data was obtained from the records of lynx and snowshoe hare populations as evidenced by number of numbers of skin caught by trappers on 1845. It is clear that snowshoe hare are the main prey of Canadian lynx, and there is no other predator involved significantly in this predation.

Canadian lynx (Predator) Snowshoe hare (Prey)

Table showing the population of snowshoe hare and lynx

Adapted from MacLulich 1937

Since the hare is the major food item of the lynx, the two cycles are certainly related and thus an oscillation of interacting predator-prey populations is obvious in the case of snowshoe hare and lynx, where the period of oscillation is about 9.6 years (MacLulich 1937). The extent of direct and exclusively casual relationship existence is more difficult to determine.


Ver el vídeo: Interacciones Depredador-Presa Fácil y Rápido. BIOLOGÍA (Agosto 2022).