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Functional Response of Terrestrial Predators

Vucic-Pestic, Olivera :
Functional Response of Terrestrial Predators.
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2010)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Functional Response of Terrestrial Predators
Language: English
Abstract:

In chapter 2.1. we addressed the question if metabolic or foraging models predict more accurate the energy fluxes between population levels. We calculated from our experimental results, the field encounter rates and energy fluxes between predator and prey and compared the predictive power of both metabolic and foraging model. Our results show that despite clear power law scaling of metabolic and per capita consumption rates with body mass (according to the MTE), the per link predation rates for individual prey followed hump-shaped relationships with predator-prey body-mass ratios (according to OFT). Thus, in contrast to predictions of the metabolic models, our findings suggest that for any prey species per link and total energy fluxes are highest to its predators of intermediate body size than to its largest predators. In chapter 2.2. we extended the approach of chapter 2.1., to test if our previous results are of broad generality. We studied the functional responses in dependence on allometric scaling. These scaling relationships suggest that non-linear interaction strengths can be predicted by the knowledge of predator and prey body masses and integrating these relationships into population models will allow predicting energy fluxes, food web structures and the distribution of interaction-strengths across food web links based on the knowledge of the body masses of interacting species. In chapter 2.3. we addressed the question how increased temperatures affect ingestion and metabolic rates of terrestrial arthropod predators, and how warming affects the interaction strengths and consequently the stability of the system. We could show that warming does not only increase the metabolic requirements of the predators, but also that the temperature effects were weaker on ingestion than on metabolism. From the experimental short term per capita interaction strengths we calculated long term interaction strengths, and these predicted long term per capita interaction strength decreased with temperature. Our results indicate that on the one hand warming could increase intrinsic population stability while on the other hand decreasing ingestion efficiencies increase the extinction risk of the predators. To summarize, warming is expected to have complex and in some cases drastic effects on predator-prey interactions and food web stability. Our approach of chapter 2.3 presents a simplistic and mechanistic null model of warming effects on predator prey interactions in which thermal adaptation effects need to be included in future studies. In chapter 2.4. we extended the approach of chapter 2.3 to varying prey densities including the prey trait “movement pattern” into our experiments. Here we present strong evidence that warming imposes energetic restrictions on arthropod predators by decreasing their ingestion efficiency. Consequently, warming should increase stability of the populations. Our results also confirm the suggestion that warming increases the risk of predator starvation due to decreased ingestion efficiencies. The mechanistic functional response framework of chapter 2.4. may allow making detailed predictions about consequences of increasing temperature on predator-prey interaction strengths depending on metabolic and behavioural constrains. In chapter 2.5. we investigated the influence of changes in habitat structure on the functional response and in additional experiments the prey behaviour. We show that adding habitat structure alters the functional response type II to type IV (roller-coaster). Additional experiments on the prey behaviour suggest that the decreased consumption rates at high prey densities can be explained by aggregative defence behaviour. Analysing the net energy gain of the predators in both treatments showed that with habitat structure the predators’ energy net gain was limited at intermediate prey densities where prey aggregation reduced the consumption rate. Our results stress the importance of both, habitat structure and prey behaviour in shaping the functional response in soil-litter predator-prey interactions.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
In Kapitel 2.1 werden zwei unterschiedliche Modelle (das „Metabolic Model“ und das „Foraging Model“) auf ihre Vorhersagekraft überprüft und miteinander verglichen, die Energieflüsse zwischen den trophischen Leveln auf Individuen- und Populationsebene berechnen. Die Datengrundlage zur Berechnung der Energieflüsse stammt aus experimentellen Fraßversuchen. Sowohl die Metabolische- als auch die maximale Fraßrate stieg mit der Körpermasse nach dem Potenzgesetz an, entsprechend der metabolischen Theorie. Die pro link (Räuber-Beuteart) Prädationsrate konnte jedoch nicht durch das „Metabolic Model“ erklärt werden und wurde besser durch das „Foraging Model“ erklärt, welches einen buckelförmigen Verlauf der Prädationsrate mit zunehmendem Räuber-Beute Körpermassenverhältnis beschreibt. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass nicht der grösste Räuber einer bestimmten Beute den stäksten Frassdruck auf diese Beute ausübt, sondern Räuber mit mittleren Körpermaßen den deutlichsten und höchsten Frassdruck auf diese Beutepopulation ausüben. In Kapitel 2.2 wurden die vorherigen Ergebnisse auf ihre Allgemeingültigkeit überprüft indem wir sowohl die Räuber mit unterschiedlichen Körpermassen, als auch die Beutegrößen variiert haben. Wir untersuchten 24 funktionellern Reaktionen in Abhängigkeit des Räuber-Beute-Körpermassenverhältnisses. Die Ergebnisse lassen vermuten, das nichtlineare Interaktionsstärken basierend auf der Kenntnis der Räuber-Beute-Körpermassenverhältnisse in Modellen vorher gesagt werden können. Dies, in Simulationsmodelle integriert, sollte eine noch genauere Vorhersage von Energieflüssen innerhalb der unterschiedlichen Räuber-Beute-Systemen in Nahrungsnetzen, der Nahrungsnetzstrukturen und der Verteilung der Interaktionsstärken entlang der unterschiedlichen Links im jeweiligen Nahrungsnetz ermöglichen. In Kapitel 2.3. wurde untersucht wie sich ein Temperaturanstieg sowohl auf die metabolische als auch auf die Fraßrate von terrestrischen Arthropoden auswirkt. Des Weiteren untersuchten wir wie dies die Interaktionsstärke und demnach auch die Stabilität des Systems beeinträchtigt. Neben dem Anstieg der metabolischen Rate aufgrund des beschleunigten Stoffwechsels, zeigten die Ergebnisse das die Temperatureffekte deutlich stärker den Metabolismus als den Fraß betreffen. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass einerseits ein Temperaturanstieg zu Erhöhung der intrinsischen Populationsstabilität führen kann, Andererseits auch eine erhöhte Aussterbewahrscheinlichkeit führ Räuber mit sich bringt bedingt durch die sinkende Fraßeffiziens des Räubers mit zunehmender Temperatur. In Kapitel 2.4. wurde die Temperaturabhängigkeit der Parameter der funktionellen Reaktion von unterschiedlichen Beute- und Räubertypen untersucht. Die Ergebnisse zeigen nicht nur dass die Fraßeffiziens der Räuber mit zunehmender Temperatur sinkt, sondern die verhaltensbiologischen Aspekte von vor allem Beute aber auch Räuber eine Rolle spielen. In Kapitel 2.5. wurde der Einfluss der Habitatstruktur auf die Form der funktionellen Reaktion untersucht. Des Weiteren wurde das Aggregationsverhalten der Beute untersucht. Wir konnten nachweisen dass der Zusatz von Habitatstruktur die funktionelle Reaktion von Typ II zur funktionellen Reaktion Typ IV verändert. Indem wir den energetischen Nettogewinn der Räuber in beiden Treatments untersuchten, konnten wir zeigen, dass der Nettogewinn an Energie in dem Treatment mit Habitatstruktur nur auf die mittleren Beutedichten begrenzt war, wobei das Aggregationsvehalten der Beute zu einer deutlich niedrigeren Fraßrate führte. Unsere Ergebnisse unterstreichen die Wichtigkeit beides, Habitatstruktur und Verhalten, bei der Etablierung von Experimenten die funktionelle Reaktionen untersuchen sollen zu berücksichtigen.German
Uncontrolled Keywords: functional response, temperature, handling time, search rate, metabolic rate
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
functional response, temperature, handling time, search rate, metabolic rateEnglish
Classification DDC: 500 Naturwissenschaften und Mathematik > 590 Tiere (Zoologie)
500 Naturwissenschaften und Mathematik > 570 Biowissenschaften, Biologie
Divisions: Biology
Date Deposited: 18 May 2010 06:34
Last Modified: 07 Dec 2012 11:57
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-21548
License: Creative Commons: Attribution-Noncommercial-No Derivative Works 3.0
Referees: Brose, Doktor Ulrich and Scheu, Prof. Dr. Stefan
Refereed: 19 March 2010
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/2154
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