Contribuições da resposta funcional em ecologia para a ciência de invasões biológicas

Abstract

Resumo: Invasões biológicas são uma das principais causas de perda de diversidade global e o número de espécies introduzidas tende a continuar aumentando. Devido a dependência do contexto no processo de invasão, prever quais espécies não-nativas (ENN) irão causar mais impacto para priorizar investimentos de manejo e detecção rápida torna-se um desafio. A resposta funcional (RF) - a relação entre a taxa de consumo e a disponibilidade de recursos - foi proposta como uma metodologia universal para quantificar e prever o impacto de espécies invasoras. Essa tese tem como objetivo investigar a contribuição da abordagem de RF para a ciência de invasões, através de revisão sistemática, meta-análise e abordagem experimental. A revisão sistemática foi conduzida para entender o estado-da-arte do uso de experimentos de RF na pesquisa sobre invasões biológicas. Um total de 120 artigos foram incluídos, revelando vieses para estudos conduzidos no Hemisfério Norte investigando interações predador-presa em ambientes de água doce, principalmente com invertebrados e peixes como consumidores. Entretanto, essa abordagem tem um amplo potencial de aplicação na ciência de invasões podendo ser usada para testar as principais hipóteses deste campo de pesquisa. A meta-análise foi realizada utilizando dados de taxa de ataque e taxa máxima de consumo, de um subconjunto de estudos que compararam a RF de espécies nativas e ENN usando o mesmo recurso. O principal objetivo foi testar a hipótese de que ENN são mais eficientes em consumir recursos do que espécies nativas troficamente análogas. Ao todo, 125 tamanhos de efeito foram calculados como o log da razão de resposta dos parâmetros de RF da ENN e sua nativa análoga. Em geral, consumidores não-nativos apresentam taxas máximas de consumo superiores corroborando a hipótese inicial; porém, não há diferença significativa nas taxas de ataque. Por fim, a revisão evidenciou que a RF é classicamente aplicada para quantificar os efeitos consumíveis de ENN. Contudo, efeitos não-letais de predadores (i.e., ecologia do medo) podem ser tão cruciais quanto os efeitos consumíveis, resultando em cascatas tróficas. Assim, a abordagem de RF foi aplicada para investigar experimentalmente os efeitos não-letais de uma das 100 piores espécies invasoras do mundo, o peixe predador de topo black bass (Micropterus salmoides), nas taxas de consumo de consumidores intermediários: uma espécie nativa e três ENN de lagostins. Os lagostins foram expostos ao tratamento com pistas químicas do predador ou ao tratamento controle enquanto predavam caramujos. Verificou-se que as taxas de consumo foram menores quando as pistas químicas do predador estavam presentes, exceto para o lagostim nativo em que os parâmetros não diferiram. Isso demonstra que os efeitos não consumíveis das ENN também devem ser considerados na previsão de seus impactos, com potenciais aplicações no manejo de populações invasoras. Por fim, conclui-se que a abordagem de RF tem um amplo potencial de contribuição para o campo da ciência de invasões, podendo ser utilizada para quantificar o impacto de ENN, testar hipóteses de ecologia de invasões, prever em quais contextos bióticos e abióticos os impactos de ENN serão mais pronunciados e fornecer soluções para o manejo.

Abstract: Biological invasions are among the leading causes of global biodiversity loss, and the number of introduced species tends only to grow in the future. Due to the context-dependency of the invasion process, predicting which non-native species (NNS) will cause more impact to prioritize investments for their management and rapid detection becomes a challenge. The functional response (FR) - the relationship between consumption rate and resource availability - has been proposed as a universal methodology for quantifying and predicting invasive species impacts. This thesis aimed to investigate the contribution of the FR approach to the invasion science, through a systematic review, meta-analysis, and experimental approach. The systematic review was conducted to understand the state-of-the-art of using FR experiments in invasion science research. A total of 120 papers were included in the review, revealing biases for studies conducted in the Northern Hemisphere investigating predator-prey interactions in freshwater habitats, mainly using invertebrates and fish as consumers. However, this methodology has broad potential application in invasion science and can be used to test major hypotheses in this research field. The meta-analysis was conducted using data of FR parameters' attack rate and maximum feeding rate from a subset of studies that compared FRs of native and NNS towards the same resource type. The main aim was to test the hypothesis that NNS are generally more efficient in consuming resources than tropically analogous native species. A total of 125 effect sizes were calculated as the log response ratio of FR parameters from the NNS and its native analogue. Overall, non-native consumers have higher maximum feeding rates than their native counterparts corroborating the hypothesis; however, there is no significant difference regarding attack rates. Finally, the review evidenced that FR is classically applied to quantify the consumptive effects of NNS. Nevertheless, nonlethal effects of predators (i.e., ecology of fear) can be as crucial as consumptive effects, resulting in trophic cascades. Thus, the comparative FR approach was applied to experimentally investigate the non-lethal effects of one of the 100 world's worst invasive species, the top predator fish largemouth bass (Micropterus salmoides), on consumption rates of intermediate consumers: a native and three NNS of crayfish. Crayfish were exposed to either predator cue treatment or control while preying on snails. Consumption rates were lower when predator chemical cues were present, except for the native crayfish where FR parameters did not differ between the treatment and the control. This demonstrates that non-consumptive effects of NNS should also be considered when predicting their impacts, with potential applications for the management of invasive populations. To conclude, the FR approach has a wide range of contributions to invasion science as it can be used to quantify NNS impacts, test hypotheses in invasion ecology, predict which biotic and abiotic contexts can magnify NNS impacts and provide insights for management.