Mike Litzow & Lorenzo Ciannelli

Oscillating trophic control induces community reorganization in a

marine ecosystem

Ecology Letters, (2007) 10: 1124-1134

Jennifer Pini et Morgane Martin

M1 Biologie et Écologie Marine

Comprendre les mécanismes sous-jacents qui régulent la relation entre le climat et le contrôle trophique des écosystèmes

2 hypothèses

Le climat régule le contrôle trophique dans la Baie de Pavlof

La modification du contrôle trophique a déclenché une phase de transition après le regime shift de 1976/1977

But de l’étude

(Litzow, M.A. 2006, ICES Journal of Marine Science, 63: 1386e1396)

Interaction morues/proies

Juillet-Octobre, n = 593 prises

CP

UE

(kg

/ k

m t

owed

)

0,0010,010,1

110

1001000

1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005

Prédateur (morue)

Proies (crevettes + capelans)

1976/1977 Regime shift

Phase froide PDO

Phase chaude PDO

Regime shift des années 70 => une modification du système prédateur-proie dans le Golfe d’Alaska

Hypothèse d’Etats Stables Alternatifs (ASS) : phase de transition causée par une interaction entre un mécanisme externe (climat) et un mécanisme interne (contrôle trophique)

(Scheffer et Carpenter 2003 TRENDS in Ecology and Evolution Vol.18 No.12)

Effet climatique sur cette interaction?

1) Approche par corrélation des abondances

prédateur/proies et méthode NMDS :

Corrélation négative = contrôle top down

Corrélation positive ou faible = contrôle bottom up

Mesure les changements dans la composition des

communautés au cours du temps

2) Approche par un modèle non-additif (TGAM) :

On teste différentes variables indépendantes et

leurs rôles dans la modification des abondances

des populations

Relation climat-contrôle trophiqueF

orce

de

Cor

réla

tion

(coe

ffic

ient

de

Pea

rson

r)

Indice de température (PC1) -2 -1 0 1

-1.5

-1.0

-0.5

0.0

0.5

1.0

pc1mean

s(p

c1

me

an

,4.0

7)

1

0

-10 1-1-2

74

75

7677 78

79

80

82

8384

85868788

89

90

91

92

93

9495

9697

98

99

00

01

0203

81Bottom-up

control

Top-down control

Effets de la température sur une corrélation de 5 ans entre les morues et les proies (4 espèces de crevettes et capelans)

1) Approche par corrélation et NMDS

État des communautés (NMDS)+ prédateurs+ proies

Modèle proie

2) Approche par modèle non-additif (TGAM)

- Variations dans les facteurs contrôlant les populations de proies avant et après la valeur seuil

- Relations linéaires avant la valeur seuil, non linéaires après

- Relation prédateur/proies négative avant la valeur seuil

- Pas d’influence de la pêche sur toute l’étude

- Densité-dépendance à forte densité de proies

Modèle prédateur

2) Approche par modèle non-additif (TGAM)

- Variations dans les facteurs contrôlant les populations de prédateurs avant et après la valeur seuil (T°, interactions trophiques)

- Influence de la pêche sur toute l’étude (surpêche a provoqué contrôle top-down)

- Interactions prédateur/proies négatives

Conclusions

Théorie ASS vérifiée

Résultats cohérents avec hypothèse d’une structuration bottom-up des écosystèmes en l’absence de fortes perturbations

Un changement de climat agit en modifiant la nature du contrôle trophique dans le système ou agit directement sur les populations

Regime shifts de 1988/1989 et 1998/1999 : pas de réorganisation des communautés

Merci de votre attention

Bibliographie

• Anderson, P.J. & Piatt, J.F. (1999). Community reorganization in the Gulf of Alaska following ocean climate regime shift. Mar. Ecol. Prog. Ser., 189, 117–123.

• Choi, J.S., Frank, K.T., Leggett, W.C. & Drinkwater, K. (2004). Transition to an alternate state in a continental shelf ecosystem. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 61, 505–510.

• Litzow, M.A. (2006). Climate regime shifts and community reorganization in the Gulf of Alaska: how do recent shifts compare with 1976-1977? ICES J. Mar. Sci., 63, 1386–1396.

• Scheffer, M. & Carpenter, S. (2003). Catastrophic regime shifts in ecosystems: linking theory to observation. Trends Ecol. Evol., 18, 648–656.

1981 : valeur seuil prédateurs : - 0,1021984 : valeur seuil proies : - 0,05

Phase de transition

Valeurs seuils

Credits: Hare, Mantua, Enfield

Pacific Decadal Oscillation(Pacifique Nord)

Warm

Cool

PDO

1976/1977 : Regime shift

Anomalies de températures de surface en hiver

Phase + Phase -

DEFINITIONS :

• Regime shift : (= phase shift) Face à un changement graduel d'un paramètre physico-chimique ou biologique de l'environnement, la réponse de la population ou de l'écosystème peut ne pas être graduelle, mais par sauts (sudden catastrophic change) (Rietkerk et al., 2004)

Ce saut est le regime shift.

-> Lié au paramètre de forçages climatiques comme la PDO

• Phase de transition : Quand il y a modification dans les variables « forcées ». Ici = dynamique de populations. Décrit les changements des propriétés dynamiques et mécaniques des systèmes, potentiellement provoqué par un regime shift.

Alternative Stable State theory

BE Beisner, DT Haydon, and K Cuddington Front Ecol Environ 2003; 1(7): 376–382

Gulf of Alaska Zooplankton Biomass

1956-1962 1980-1989

From: Brodeur and Ware (1992) Fish. Oceanogr. 1: 32-38

- Hypothèse OCH : hypothèse du contrôle oscillant