Journal Article

Ensemble ecosystem modeling for predicting ecosystem response to predator reintroduction

Gordon, Ascelin, Baker, Christopher M., Bode, Michael

2017

Overview

Introducing a new or extirpated species to an ecosystem is risky, and managers need quantitative methods that can predict the consequences for the recipient ecosystem. Proponents of keystone predator reintroductions commonly argue that the presence of the predator will restore ecosystem function, but this has not always been the case, and mathematical modeling has an important role to play in predicting how reintroductions will likely play out. We devised an ensemble modeling method that integrates species interaction networks and dynamic community simulations and used it to describe the range of plausible consequences of 2 keystone-predator reintroductions: wolves (Cams lupus) to Yellowstone National Park and dingoes (Canis dingo) to a national park in Australia. Although previous methods for predicting ecosystem responses to such interventions focused on predicting changes around a given equilibrium, we used Lotka-Volterra equations to predict changing abundances through time. We applied our method to interaction networks for wolves in Yellowstone National Park and for dingoes in Australia. Our model replicated the observed dynamics in Yellowstone National Park and produced a larger range of potential outcomes for the dingo network. However, we also found that changes in small vertebrates or invertebrates gave a good indication about the potential future state of the system. Our method allowed us to predict when the systems were far from equilibrium. Our results showed that the method can also be used to predict which species may increase or decrease following a reintroduction and can identify species that are important to monitor (i.e., species whose changes in abundance give extra insight into broad changes in the system). Ensemble ecosystem modeling can also be applied to assess the ecosystem-wide implications of other types of interventions including assisted migration, biocontrol, and invasive species eradication. Introducir una especie nueva o extirpada a un ecosistema es un riesgo y los administradores necesitan métodos cuantitativos que puedan predecir las consecuencias para el ecosistema receptor. Quienes proponen reintroducciones de depredadores clave comúnmente argumentan que la presencia del depredador restaurará la función ambiental, pero esto no siempre ha sido el caso y el modelado matemático tiene un papel importante que desempeñar en la predicción de cómo es probable que terminen las reintroducciones. Concebimos un método de modelado en conjunto que integra las redes de interacción de las especies y las simulaciones de dinámicas de comunidad y lo utilizamos para describir la extensión de las consecuencias posibles de la reintroducción de dos depredadores clave: lobos (Canis lupus) al Parque Nacional Yellowstone y dingos (Canis dingo) a un parque nacional en Australia. Mientras que los métodos previos para predecir las respuestas de los ecosistemas a dichas intervenciones se enfocaron en predecir los cambios en torno a un equilibrio dado, nosotros utilizamos las ecuaciones Lotka-Volterra para predecir las abundancias cambiantes a través del tiempo. Aplicamos nuestro método a las redes de interacción de los lobos en el Parque Nacional Yellowstone y a los dingos en Australia. Nuestro modelo replicó las dinámicas observadas en el Parque Nacional Yellowstone y produjo una extensión más grande de resultados potenciales para la red de los dingos. Sin embargo, también encontramos que los cambios en los pequeños vertebrados e invertebrados dieron una buena indicación sobre el posible estado futuro del sistema. Nuestro método nos permitió predecir cuándo los sistemas estaban lejos del equilibrio. Nuestros resultados mostraron que el método también puede utilizarse para predecir cuáles especies pueden incrementar o disminuir después de una reintroducción y puede identificar a las especies que son importantes de monitorear (es decir, las especies cuyos cambios en la abundancia dan información extra de los cambios generales en el sistema). El modelado de ecosistemas en conjunto también puede aplicarse para valorar las implicaciones en todo el ecosistema de otras intervenciones, incluyendo la migración asistida, el bio-controly la erradicación de especies invasoras.

• Publisher: Wiley Periodicals Inc,Blackwell Publishing Ltd
• Subject: Animals / Assisted migration / Australia / Biological control / Canidae / Canis / Canis lupus / cascada trófica / Computer simulation / Conservation of Natural Resources / dingo / dingoes / Dynamics / Ecological function / Ecosystem / Ecosystem assessment / Ecosystem management / Ecosystem models / Ecosystems / Endangered Species / equations / Introduced species / Invasive species / Invertebrates / lobo / Lotka–Volterra / managers / Mathematical models / Methods / Migrations / Modelling / Models, Theoretical / National parks / Parks, Recreational / Population Dynamics / Predators / Predatory Behavior / prediction / quantitative analysis / Receptors / Recovery of function / reintroducción / Reintroduction / rewilding / trophic cascade / United States / Vertebrates / Volterra integral equations / wolf / Wolves