Study Guides (234,688)
Canada (113,289)
Biology (417)
BIOL 302 (14)

quiz 3

56 Pages
Unlock Document

Queen's University
BIOL 302
Victoria L Friesen

Lecture 25 11/01/2013 ­ Consumer­Resource Exploitation Include:­ Carnivores ­ kill and consume prey, remove them from  population • removes potentially reproductive unit­ Parasites ­ consume live host, but don't remove them  from population • can depress fitness­ Parasitoid ­ lays eggs on host, host is consumed and removed­ Herbivores  ­ may act as predators (kill fruits/seeds) but more often browse plants without killing­ Cannibals  ­ predator and prey are the same species (rare, often special circumstances associated with  sexual selection) • typically weird event associated with reproduction*Exploitation ­ interaction between  populations that enhances fitness of one individual while reducing fitness of the exploited  individual ­ Impacts of Predators­ both field and lab studies show predators may: • limit (control) prey population size­ Strawberry plots infested by cyclamen mites • presence of predator prey populations kept low ­ introduction of sea lampreys decrease trout populations ­ fluctuate in coupled oscillations with their prey ­ produce non­consumptive effects in their prey (the ecology of fear) ­ Impacts of Predators • Both field and lab studies show predators may: o Limit (control) prey population size o Fluctuate in coupled oscillations with their prey ­ Lab data: Gause 1935 • 3 microcosm tests with P. caudatum (prey) and Didinium nasutum (predator) – both are species  of Protozoa (14.20) • Gause concluded… o Stable oscllations between predator and prey are not inherent to these systems – they  result from some force (“interference”) o Subsequent research has shown predator­prey cycles ARE usually inherent (will deal  with later) ­ Impacts of predators ­ produce non­consumptive effects in their prey (the ecology of fear) ­ Rudy Boonstra et al (1998) U of T (Scarborough) – 14.13 ­ Song sparrows: scared to death? • Does the mere presence of predators reduce offspring number and survival? SCIENCE 334:  1398­1401 (2011) • The experiment: o March 2010: protect every song sparrow nest with electric fence & netting to keep out  all predators o Broadcast sounds of predators (raccoons, hawks, owls) OR controls (seals, geese,  hummingbirds) o Every few minutes, 24/7 in 4 day ON/4 day OFF cycle over 130 day breeding period o Solar­powered video surveillance cameras captured entire breeding period o Measure all nesting and reproductive behavior of female at Experiment (12) and  Control (12) nest ­ perception of predators affected maternal care ­ Conclusions • Birds exposed to predator stimuli experienced a 40% drop in number of offspring produced • Suggests the perception of predation risk can alter wildlife population dynamics, both number  of eggs/litter size AND survival of young • Totally impact of predators on prey may be under estimated if count only predator­kills ­ OUTLINE • Modelling predator­prey dynamics functional and numerical responses** • How prey populations withstand predation pressure ­ How predators and prey interact – the big picture – 14.17 ­ How are these interactions modeled? • Start with exponential population growth model • Add a term to incorpate effects of predator population growth on the prey • Terminology o Use h for prey species (herbivores or host) o And p for predator species (predator or parasite) ­ Figure 14.15 ­ Graphing these ZERO ISOCLINES for predators and prey – fig 14.16 ­ How prey populations respond: • In repsonsee to predation, prey may: o Evolve defensive signals and behaviour o Exploit refuges to reduce the probability of being predated o Engage in “predator satiation” or evolve protective growth strategies (i.e. body size as  a refuge) ­ Camouflage, mullerian mimicry, batesian mimicry, warning displays (prinking in Springbok) ­ Forms of refuge: body size • If large individuals are ignored by predators, then large size may offer a form of refuge (i.e.  Adult elephants can kill adult lions) ­ Spatial refuges can lead to stable predator/prey cycles • Huffaker (1958): re tried Gause’s tests but now let predators/prey move on their own among  patches • Prey= six­spotted mite Eotetranychus sexmaculatus • Predator = mite Typhlodromus occidentalis o Created universes of oranges and rubber balls with partial barrier (petroleum jelly) to  mite dispersal o Predators must crawl to disperse; herbivores crawl or use aeria dispersal (ballooning) Small wooden posts for launching pads and air current (fan) Run for 12 months ­ After numerous attempts, Huffaker found an environment of sufficient complexity that prey and  predators coexisted with population cycles – 14.21 ­ Prey can also find refuge via defensive behaviour, safety in numbers, exploiting predator’s functional  and numerical response to increased prey density ­ CS (Buzz) Holling (UBC) 1959: • Functional response – rate of prey intake increases as prey density increases, but levels off  eventually • Numerical response – the density of predator population increases with increasing prey density  (due to reproduction or immigration) but eventually levels off so that further prey increases do  NOT lead to increased predator density • As food increases, predators’ feeding rate foes up but then levels off (7.21) ­ Numerical responses by Avian predators  • Kestrel and owl densities increase in response to vole density (via dispersal) – 11.18 ­ Numerical responses  • As prey density increases, predator population density increases… But eventually levels off so that further prey increases do NOT lead to increased predator density (Holling,  1959) = % prey taken declines as prey density increases (14.22) ­ leads to Predator Satiation • synchronous, widespread production of prey which overwhelms preadtors and reduces per  capitra predation (Janzen 1978) o i.e. periodical cicada o live as nymphs underground for 13 or 17 years o synchronous emergence of adults; millions emerge over a matter of days o densities approach 4x10^g individuals per ha ­ Predator satiation by cicadas • Williams esitimated 1063000 cicadas emerged from a 16­ha study site • Predator Satiation by periodical cicadas – 14.25 ­ What drives the 10­year cycle of snowshoe hares? • Lynx furs – average cycle = 9.6 yrs • Lotka and Volterra described these as Coupled Oscillations – 14.11 • Female hares have 3­4 litters per summer • ­ Juveniles survive best early in the increase phase ­ Putting the pattern together… • As the population begins to increase, hares show max r and survival • As increase continues, rates of r and survival for both adults and young begin declining steeply • This decline occurs up to 2 years before the population reaches peak density • Both r and survival continue to decline for 2­3 years after peak density is reached • Why? What causes this problem? o Disease? (parasite impacts negligible) ▯ does food availability drive cycles? o Do predators drive cycle? YES mortality driven almost entirely by predators o Other indirect effects for reduced r? The chronic stress hypothesis needs further  testing o Are differences in r driven by maternal effects? Looked at how reproductive rate of  females born during different times during the year; put females in different colonies of  breeding; saw how many young per female were born Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ Competition ­  Outline • How do species interact? • Why is competition an important ecological process? • Forms competition may take/resource limitation • Examples of intraspecific competition in the field • Lotka Volterra modeling and lab evidence of interspecific competition • Field evidence for interspecific competition: Ecological character displacement ­ How organisms interact… • Most interactions can be classified by their effect on fitness of the two* species involved (+/­) • See M  C fig 13.2 *limitations to this classification • o Doesn’t take into account time (effects may take a long period to play out) o We now have increasing evidence that competitive interactions may actually involve  more than two species (can have a less obvisous effect on a third species) o Eg: Species of Snake in South Africa by eating eggs of birds ­ Birds build nests in a plant by weaving fluffy seeds around, leaving a pungent order  (snakes have an aversion to this order) ▯ Using fluffy seeds to avoid predation (also  affecting the plant) Mutalistic: Both parties benefit (fitness effects positive) Species must live in close association (time and habitat)  eg: Cleaning symbiosis (ie: birds removing ticks)  Commensalism: Only one party benefits, the other is unharmed ie: remora fish which hitch a ride on sharks Hermit crab: use of garbage from one species to be used by another Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon Bird nests (don’t really affect trees)  Exploitation: Only one benefits, another is harmed  Ie: wolf hunting a bunny Amensalism: neutral effect on one, negative effect on another  Ie: organism walking on grass  Neutralism: neither really benefit ­ Competiton • Any use of a resource by one individual that reduces availability for others • Intraspecific – competition between individuals of the same species (leads to density  dependence and selections for competitive ability) • Interspecific: between individuals of different species (depresses N and may lead to extinction;  an important determinant of habitat occupancy) o Often look at competition by measuring the habitat occupancy of the two species • Tansley (1917): first field demonstration, using 2 species of plant Galium (bedstraw) ­ Tansley’s experiment: • Used seeds from 2 closely related species of Gallium • G. sacatile – grows best in acidic, peaty soil • G. sylvestre – grows best in alkaline soil of limestone hills • Planted each species alone or in combination in common garden in plots containing either acid       alkaline soi l • Measured plant height as marked of success • Concluded that the presence or absence of a species form a given location can reflect a  response to another species; environmental conditions can affect the intensity of competitions;  present day observed distributions of organisms (“ecological segregation”) could be the result  of past competition ­ Types of competition • Exploitative competiton: also called indirect or resource or scramble competition) Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon o Use of a limiting resource; race to secure first access/most – MOST COMMON TYPE,  eg plants compete for soil nutrients • Interference competition: (also called direct) o Aggressive fighting/defense interaction between individuals – eg. Nectarivores  (hummindbirds), allelopathy (black walnut) ­ Damselfish territories • Interference competition in damselfish • Territorial for shelter areas in coral. Fish fight aggressively for access to vacant territory ­ Most competitive interactions lead to all out death, normally just leads to weaker one withdrawing • Eg: exploitative competition in white pines • Young trees grow much faster in plots where root area of larger trees experimentally limited  (dug a big trench around all big trees to cut off roots)  • Compared to control plots with no trenches • Did this for 8 years in a row  • Fig 13.4   ­ How do resources limit populations? • 1840 Justus von Liebig • Liebig’s Law of Minimum o Populations are limited by the single resource that is most scarce (in highest demand)  o No longer considered accurate, as growth rates of most natural populations are limited  by a number of resources, often acting synergistically (i.e. light + nutrients) ­ Intraspecific competition • self thinning: as a stand of trees develops, more and more biomass composed of fewer and  fewer individuals – 13.6 • seems to happen no matter where we have plants across the growth  • Low density but high total biomass  Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon o No matter where you start on the theoretical figure, populations will converge on a  single state of SMALL NUMBER of individuals with LARGE BIOMASS ­ The ­3/2 rule in Alfalfa  • Self thinning rule: plot of avg mass of individual plant with density, gives slope ~(­3/2) – 13.7 ­ Intraspecific competition via limited resources in planthoppers eating salt marsh grass – Denno and  Roderick (1992) enclosed planthoppers in cages with seedlings – 13.8 ­ Territorial takeovers in song sparrows – 13.9 Mandarte Islands  Knows exact age of all birds holding a territory on the island Plotted where the territories are, and the aggression behaviour that they much each face by those trying to  take over the territory plotted this as a function of the owner’s age In both cases, you generally get the same U shaped trajectory shows that youngest and oldest males were the most likely to experience intrusions (not doing a good job of  defending) males of middle age least likely to be challenged (their songs are more potent keep out signals to would­be  intruders) ­ Detecting interspecific competition is much tougher… • Debates by ecologists in 1980s (i.e. Schoener, Connell, Simberlof) over how common  interspecific competition is • Jessica Gurevitch (1992, Am Nat): useful meta­analysis of 218 experiments on 93 species • Measured effect size to compare different groups of plants and animals o trying to see if there is a significant pattern of evidence suggesting that plants and  animals show interspecific competition Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon • ­ Gurevitch et al (1992) found • Competition is very prevalent, with strong overall effect (avg effect size = 0.8) • Effect sizes are greatest in herbivores, smaller in plants and carnivores • Significant variation within trophic levels (i.e. strong competition in frogs and toads but not other  aquatic carnivores like molluscs) • More information needed to find out why effects of competition differ across groups Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon • ­ Lotka and Volterra realized: That similarly, we expect competition between species to also reduce  resources and slow growth rates – these effects are expressed as competition coefficients and added  to the logistic equations as additional brakes ­ Developed a set of parameters to measure the intensity of competition between two species ▯  COMPETITION CO­EFFICIENTS • We EXPECT competition BETWEEN species to also reduce resources and slow growth rates ▯ these effects expressed as competition co­efficient and added to the logistic equations as  “brakes”  • There is an expectation that the two species are acting in the same way, that they share the  resources etc… These are very simple assumptions that rarely occur in the real world. Different  species can use resources with different efficiencies, can have different carrying capacities etc Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ Competition Co­efficients: • Represent the ADDITIONAL effects on interspecific competition on a population’s growth • Number on outside = competitor, number on inside = home species • α 12effect that ONE individual of species 2 has on rate of pop growth of species on (per capita) α the effect that ONE individual of species 1 has on the rate of pop growth of species 2 • 21:  Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon • By themselves, express per capita effects • are used to model their effects on ACTUAL population size (simply multiply each co­efficient by  the respective pop size) ­ Thus  α N 12s2(effect of sp 2 on 1) x (size of pop 2) ­ α 21 i1 (effect of sp 1 on 2) x (size of sp 1) • *The size of the pop can affect the intensity of the effect of α(ie:  f you have a large pop, a  smaller αma  have a larger effect) ­ Given α = 12 the means that 1 individual of species 2 has a per capita effect on rate of growth of  species on equivalent to 3 individuals of species 1, ie: adding three more mouths to feed ­ Given α = 125, this means that 1 individual of species 2 has a per capita effect on rate of growth of  species on equivalent to 0.5 individuals of species β Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ Now ADD the competition coefficients to the equations ­ What do these equations help predict? • Under MOST circumstances, the Lotka VOlterra equations  predict that one species will drive  the other to extinction (competitive exclusion, N=0) • However, both species CAN co­exist if interspecific competition is WEAKER than intraspecific  competition for both species • If a pop is more regulated by competition within its own members, than competition from  another species, the two species can co­exist ­ Ex: Brown Noddy and Sooty Tearns, found on islands in the Pacific • Study done on xmas Island ▯ how do the two co­exist Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon • Almost identical body sizes, similar beak morphology, eat the same species and size range of  fish (would expect that competition for food resources would drive one to extinction) • Study showed that the two species partition in space where they hunt Sooty Tearn forages several 100kms offshore, Noddy fishes close to shore • ­ How Lotka Volterra ideas are tested • Fundamental niche: range of condition under which a species can survive Realized niche: range of conditions under which a species is  typically found (see Ch 9 in MC, pg 243­247)  ▯ usually a reflection of interactions with other species Realized usually  competition BETWEEN two  species  • Competition usually results in 1 species driving the other to extinction • Coexistence CAN occur! How is this modeled? • When pop of species one will have ZERO growth rate: N1=K1­ α12N2 • Pop growth rate of species two will stop when N2= K2 – α12N1 Given a value for N2 we can work out what pop 1 will be and vice versa  • Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ I.e. the size of population 1 when its growth is zero equals its own carrying capacity MINUS the amount  of that capacity being used up by its competitor species 2 ­ NOTICE THAT BOTH OF THESE EQUATIONS ARE STRAIGHT LINES for the time in which pops have  zero growth • These straight lines will show graphically ALL points along which pop growth is zero  o ISOCLINES OF ZERO POP GROWTH o As a function of how far the population is from carrying capacity, and how intense the  competition is from the other species By plotting these isoclines, we can see when the two species CAN co­exist, or when one will out­compete  the other  SEE fig 13.12 ­ N1 = x axis    N2 = y axis • Line connect the carrying capacity of species one, and the competition effects of species 2 on  1 • A pop below the isocline will grow until it maxes out, a pop on the other side will shrink back  until it reaches zero growth  • Graph on the right is missing a 2 next to K value▯ zero isocline for species 2 ­ When the two graphs are overlaid, you get 4 possible outcomes (Fig 13.13) • Blue line = isocline for species two • Purple = isocline for species one o species one will win Competition from species two is less than the comp exerted by its carrying capacity Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ ALL YOU REALLY NEED TO KNOW WHAT IS THE COMPETITION EXERTED BY  THE OTHER SPECIES RELATIVE TO YOUR OWN CARRYING CAPACITY.  ­ Figure 13.2 ­ Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ •   ­ Figure 13.13 – outcomes #1 and #2: when isoclines don’t cross, 1 species loses! Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon • (a) Species 1 wins: population size equals K1; below purple line (species 1 grows); above  purple line (species 1 shrinks); below blue line (species 1 grows); above blue line (species 1  shrinks) • (b) Species 2 wins: population size equals K2 • Outcomes #3 and 4: coexistence possible when isoclines intersect but may be unstable or  stable ­ Mechanisms permitting coexistence • Non­equilibrium: a) unstable environments (colonizing populations); B) fluctuating  environments (reversing competition before extinction • Equilibrium: a) patchy resources = variable intensity; b) variable competitive ability (i.e. local  environment may alter how individuals perform); c) evolved responses ­ Variation in local microclimate affects competition outcome in flour beetles (Tribolium) – 13.16 ­ But if envionrment is altered to be cooler (24 C) and drier (30% humidity)…the tables are turned… confusum wins! – 13.17 ­ Example 1: Resource Partitioning in terns  ­ Example 2: Feeding Niches of  Dendroica  Warblers – FIG 1.2  o Same beak size and foot size o How is there such big diversity? Lecture 22­24 (Chapter 13) Shikha Tandon ­ What about experimental evidence of interspecific competition in the wild? • JH Brown et al. studied rodents in the Chihuahuan Desert of Arizona 1977­1994 o Large scale:20 ha study site with 24, 50 X 50 study plots o Well­replicated in both space and time • 3 species olarge  granivorous rodents (kangaroo raDipodomys ); 4 species small   granivorous rodent (e.g., pocket mouPerognsthus ); 2 species of small insectivorous  rodentOnychomys  (controls*) ­ Do large granivore spp limit small granivores? • > 45 g Kangaroo Rat • Pocket mouse 
More Less

Related notes for BIOL 302

Log In


Don't have an account?

Join OneClass

Access over 10 million pages of study
documents for 1.3 million courses.

Sign up

Join to view


By registering, I agree to the Terms and Privacy Policies
Already have an account?
Just a few more details

So we can recommend you notes for your school.

Reset Password

Please enter below the email address you registered with and we will send you a link to reset your password.

Add your courses

Get notes from the top students in your class.