Tilbake til søkeresultatene

KLIMAFORSK-Stort program klima

Applying a new demographic framework to understand and project consequences of climate change in size- and age-structured populations

Tildelt: kr 3,8 mill.

I dette prosjektet har vi studert hvordan størrelses-strukturerte populasjoner vil påvirkes av klimaendringer, basert på langsiktige data for gjedde (Windermere, England) og ørret (Mjøsa/Gudbrandsdalslågen). For mange arter er størrelse en viktig faktor som påvirker overlevelse, reproduksjon og vekst hos individer, i tillegg til interaksjoner mellom dem (f.eks. konkurranse) Til tross for at størrelse er viktig, blir størrelsesstruktur sjelden tatt hensyn til i studier som ser på populasjonsresponser på klimaendring. I dette prosjektet har vi utviklet og anvendt såkalte ?Integral projection models? (IPM), for å svare på generelle spørsmål samt spesifikke spørsmål knyttet til hvert studiessystem. IPM er en type demografisk modell som linker individuelle fenotyper (f.eks. størrelse) til ?vitale rater? (f.eks. overlevelse, vekst, fekunditet), og som gjør det mulig å studere hvordan fordelingen av fenotyper endrer seg over tid og/eller som respons på eksterne faktorer som temperatur. I det første studiet fra dette prosjektet utviklet vi en størrelsesbasert IPM for å studere effekter av oppvarming på gjeddepopulasjonen. Som mange andre nordlige innsjøer har Windermere opplevd en sterk oppvarming de siste tiårene. Resultatene av modellanalysen viste at oppvarming kan ha mange positive effekter på livshistorien og populasjonsveksten til gjedde, men at mellomstore individer vil få negative effekter. Størrelsesstrukturen er forventet å forskyve seg slik at det blir færre store og flere mellomstore fisk. Disse endringene skyldes at temperatur påvirker de vitale ratene ulikt, avhengig av størrelse. Oppvarming vil øke vekstraten til små individer, men de vil slutte å vokse ved mindre størrelse. Mortaliteten til store gjedder øker også med temperatur, men samtidig øker fekunditeten mye slike at totaleffekten blir positiv for store gjedder. Disse endringene i gjeddepopulasjonen kan potensielt ha store effekter på andre arter i økosystemet, slik som viktige byttedyr (gjedde er en topp-predator og velger ulike byttedyr utfra størrelsen). Andre studier i prosjektet har utvidet denne første modellen (som inkluderte størrelse og temperatur) på flere ulike måter, inkludert i) tetthetsavhengig overlevelse, ii) individuell heterogenitet i vekst og overlevelse, iii) størrelsesavhengige interaksjoner mellom individer (kannibalisme og konkurranse), iv) maternale effekter av størrelse på avkommets overlevelse, og v) andre miljøvariabler. Disse modellene har alle avslørt viktige mekanismer i dynamikken til størrelsesstrukturerte populasjoner, og deres responser på klimaendringer. Vi fant store vedvarende forskjeller mellom individer i vekst for begge studiepopulasjonene, og denne typen heterogenitet er antakelig vanlig for fisk. Disse forskjellen kan oppstå av flere årsaker, inkludert genetiske forskjeller og vedvarende effekter av miljøet gjennom tidlig livshistorie (spesielt første leveår). For gjeddepopulasjonen så vi en sterk effekt av temperatur første året på videre vekst, og dette kan igjen ha stor innvirkning på populasjonsveksten. Dette kan være viktig for forvaltning også av andre fiskearter som opplever klimaendringer og oppvarming. En annen potensielt viktig faktor, maternale effekter av størrelse, hadde ikke noen stor innvirkning på populasjonsveksten i våre modell for gjeddepopulasjonen. Store hunner produserer større egg, og avkom fra disse har antakelig større overlevelse. Men på populasjonsnivå hadde denne mekanismen lite å si. Fremtidig forskning bør undersøke om det kan være andre mekanismer som gjør at store hunner vil ha en større effekt på populasjonsvekst enn forventet (relativt til størrelsen). I dette prosjektet har vi også studert effekter av økt variabilitet i klimavariabler som temperatur, inkludert ekstreme hendelser. For gjeddepopulasjonen hadde slike endringer liten effekt på populasjonsveksten. Vi deltok også i en review-studie av teoretiske og empiriske studier, som viste at økt variabilitet ofte kan ha positive effekter, men vi trenger bedre kunnskap om de underliggende mekanismene. Interaksjoner mellom individer, slik som konkurranse og kannibalisms, vil ofte avhenge av størrelsen. I en av de siste studiene i prosjektet har vi utviklet en IPM for å se på slike effekter. Vi brukte modellen til å se på hvordan populasjonsdynamikk og stabilitet avhenger av variansen i størrelse blant avkom (ved alder 1). En generell konklusjon fra denne analysen er at økt varians virker stabiliserende på dynamikken. For gjeddepopulasjonen ser vi at variansen har gått ned over studieperioden, noe som kan tyde på at populasjonsdynamikken blir mer ustabil. Det gjenstår å undersøke om denne nedgangen også skyldes klimaendringer.

Fresh waters are particularly vulnerable to climate change, which affects temperature as well as other physical and chemical water properties. Temperate Northern lakes have shown an increasing temperature trend in the last decades, and climate models proj ect a continued temperature increase of surface waters as well as changes in stratification patterns. In this project we take an innovative approach to study ecosystem responses to climate change, by extending the demographic framework of integral project ion modeling (IPM) to include key drivers of climate change, and applying it to unique long-term individual-based data from two freshwater fish species, brown trout (Norway) and pike (UK). As top predators, the responses of these species to climate change may have large consequences for the ecosystems. IPM is a powerful approach that can incorporate population structure from a mixture of discrete and continuous state variables, such as age and body size. Size structure is rarely considered in relation to climate change, but it is most likely important because many organisms have highly size-dependent vital rates. Here, we will study consequences of climate change in combination with harvesting, eutrophication, and stocking, as well as threshold effects of extreme events. Based on developed climate change scenarios for the two local regions we will use our models to project future responses to climate change. We will also consider opportunities for adaptive management based on the new approach. This projec t brings together recently developed theory and existing data in a synergistic fashion that will help answer some of the unresolved questions of climate change research. Analyzing these questions in the context of size-structured populations is at the fro ntier of ecological research, and acknowledges the need for management to be size-specific. Our results will provide valuable knowledge for management of size-structured organisms, also beyond aquatic ecosystems.

Publikasjoner hentet fra Cristin

Ingen publikasjoner funnet

Budsjettformål:

KLIMAFORSK-Stort program klima