Simulation of trait- and density-mediated indirect effects induced by piscivorous predators

The study demonstrates how to use a spatially explicit individual-based model (IBM) to tackle the problem of resolving density-mediated (DMII) and trait-mediated indirect interactions (TMII) when manipulative experimentation is difficult on the scale of community-level interactions in the real word. As an example we simulated predator-induced behavioural changes in a roach (Rutilus rutilus (L.)) population before and after stocking a lake with an additional pelagic predator (Sander lucioperca (L.)). By this it was possible to calculate bioenergetic gains and costs of trait changes as well as the relative proportions of DMIIs and TMIIs in roach consumption on littoral and pelagic resources in the lake food web. Despite higher net activity costs of 64%, roach migrating horizontally over the diel cycle had a net benefit (higher energy intake of 75%) compared to roach that were restricted to the littoral as a behavioural response to the new predator. By separating the components of the indirect predator effects, we demonstrate that a predator-induced modification in prey traits (behaviour, feeding activity) could contribute substantially to the net indirect effect of a predator even when there are strong density effects. When considering the predation pressure by roach on pelagic resources, the net TMIIs due to the behavioural adaptation of the consumer in response to the predator were 13–14 times stronger than the DMIIs alone. When comparing the different effects on littoral resources it can be shown that the TMIIs approximately compensate the DMIIs thus resulting in a nearly zero net effect.

Zusammenfassung

In der vorliegenden Arbeit wurde ein räumlich explizites individuenbasiertes Modell (IBM) verwendet, um dichteabhängige (DMII) und eigenschaftsabhängige (TMII) indirekte Interaktionen zu vergleichen. Da sich dies auf der Ebene der Lebensgemeinschaft unter realen experimentellen Bedingungen als besonders schwierig erwiesen hat, wurden räuberinduzierte Verhaltensänderungen einer Plötzenpopulation (Rutilus rutilus (L.)) vor und nach dem Besatz mit einem zusätzlichen pelagischen Räuber, dem Zander (Sander lucioperca (L.)), simuliert. Dadurch war es möglich, sowohl die energetischen Kosten und Nutzen der räuberinduzierten Verhaltensänderung als auch die relativen Anteile von DMIIs and TMIIs an der Plötzenkonsumtion auf litorale und pelagische Ressourcen innerhalb des Nahrungsnetzes zu kalkulieren. Verglichen mit den Plötzen, welche sich aufgrund des neuen Räubers vor allem im Litoral aufhielten, hatten die täglich (horizontal) wandernden Plötzen trotz höherer Nettoaktivitätskosten von 64% eine größere Energieaufnahme von 75%. Durch die Auflösung der verschiedenen indirekten Räubereffekte konnten wir demonstrieren, dass räuberinduzierte Modifikationen von Beuteeigenschaften (Verhalten, Fraßaktivität) erheblich zu den indirekten Nettoeffekten eines Räubers beitragen können, auch wenn starke dichteabhängige Effekte vorhanden sind. Wenn man die Plötzenkonsumtion auf pelagische Ressourcen betrachtet, so ergeben sich 13-14 fach stärkere TMIIs als DMIIs. Wenn man die verschiedenen Effekte auf litorale Ressourcen vergleicht, zeigt es sich, dass TMIIs die DMIIs kompensieren, wodurch der indirekte Nettoeffekt fast null beträgt.