Effects of network structure and adatative foraging on pollination systems

Abstract

Our human existence depends on the function and stability of ecological systems. Better understanding of these properties of ecosystems is needed to stop or at least reduce the degradation of ecosystems by human activities. This dissertation embraces the architecture of interactions among the species in a community and the adaptive behavior of organisms responding to environmental changes as primary determinants of the function and stability of ecosystems. I did this by more explicitly modeling networks of feeding and reproductive interactions among plants and animals to better understand how the structure and function of these networks affect the stability of ecological communities facing two major anthropogenic challenges; species extinctions and biological invasions. By computationally exploring our model, I discovered that adaptive foraging of pollinators appears to interact with the structure of pollination networks to stabilize pollination systems against species extinctions by apparent altruism. Apparent altruism occurs in these systems when adaptive pollinators decrease their own abundance while increasing that of specialists by effectively ceding resources to those fixed foragers, which ultimately stabilizes the networks against the extinction of highly specialized pollinators. This counterintuitive finding suggests that classically selfish interactions may be effectively altruistic not only in plant-pollinator networks but also in other types of complex networks. I also found that more complex plantpollinator communities are more resistant to species invasions, and that adaptive foraging increases community resilience to species invasions. A more holistic consideration of these systems by including more trophic levels such as herbivores and other consumers is still needed to generate more complete understanding of the functioning and stability of ecosystems.

Nuestra existencia humana depende de la función y estabilidad de los sistemas ecológicos. Se necesita desesperadamente una mejor comprensión de estas propiedades de los ecosistemas para detener o al menos reducir la degradación de los ecosistemas producida por las actividades humanas. Esta tesis abarca la arquitectura de las interacciones entre las especies de una comunidad y la conducta adaptativa de los organismos (que responden a los cambios ambientales), como determinantes primarios de la función y la estabilidad de los ecosistemas. Esto se realizó mediante modelar más explícitamente redes de interacciones tróficas y reproductivas entre plantas y animales, para comprender mejor cómo la estructura y función de estas redes influyen en la estabilidad de las comunidades ecológicas enfrentando dos grandes amenazas antropogénicas: extinción de especies e invasiones biológicas. Mediante explorar computacionalmente nuestro modelo, descubrí que el forrajeo adaptativo de los polinizadores parece interactuar con la estructura de las redes de polinización para estabilizar estos sistemas contra la extinción de especies, mediante altruismo aparente. Altruismo aparente se produce en estos sistemas cuando polinizadores adaptativos disminuyen su propia abundancia, aumentando la abundancia y persistencia de los especialistas, mediante ceder efectivamente los recursos a aquellos forrajeadores fijos; lo que en última instancia estabiliza las redes contra la extinción de los polinizadores altamente especializados. Este hallazgo contra-intuitivo sugiere que las interacciones clásicamente egoístas pueden ser efectivamente altruistas, no sólo en redes de plantas y polinizadores, sino también en otros tipos de redes complejas. También encontré que las comunidades de plantas-polinizadores más complejas son más resistentes a las invasiones de especies, y que el forrajeo adaptativo aumenta la resistencia comunitaria a la invasión de especies. Una consideración más integral de estos sistemas mediante la inclusión de los niveles tróficos como herbívoros y otros consumidores sigue siendo necesaria para generar una comprensión más completa del funcionamiento y la estabilidad de los ecosistemas.