Direct and indirect effects of regional and local climatic factors on trophic interactions in the Arctic tundra


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Abstract

Climate change can impact ecosystems by reshaping the dynamics of resource exploitation for predators and their prey. Alterations of these pathways could be especially intense in ecosystems characterized by a simple trophic structure and rapid warming trends, such as in the Arctic. However, quantifying the multiple direct and indirect pathways through which climate change is likely to alter trophic interactions and their relative strength remains a challenge.Here, we aim to identify direct and indirect causal mechanisms driven by climate affecting predator–prey interactions of species sharing a tundra food web.We based our study on relationships between one Arctic predator (Arctic fox) and its two main prey – lemmings (preferred prey) and snow geese (alternate prey) – which are exposed to variable local and regional climatic factors across years. We used a combination of models mapping multiple causal links among key variables derived from a long-term dataset (21 years).We obtained several possible scenarios linking regional climate factors (Arctic oscillations) and local temperature and precipitation to the breeding of species. Our results suggest that both regional and local climate factors have direct and indirect impacts on the breeding of foxes and geese. Local climate showed a positive causal link with goose nesting success, while both regional and local climate displayed contrasted effects on the proportion of fox breeding. We found no impact of climate on lemming abundance. We observed positive relationships between lemming, fox and goose reproduction highlighting numerical and functional responses of fox to the variability of lemming abundance.Our study measures causal links and strength of interactions in a food web, quantifying both numerical response of a predator and apparent interactions between its two main prey. These results improve our understanding of the complex effects of climate on predator–prey interactions and our capacity to anticipate food web response to ongoing climate change.AbstraitLes changements climatiques peuvent avoir un impact sur les écosystèmes au travers des modifications de la dynamique d'exploitation des ressources par les prédateurs et leurs proies. Dans le cas de l'Arctique, caractérisée par un réseau trophique simple et une sensibilité marquée au réchauffement climatique, l'altération de ces relations trophiques pourrait être particulièrement importante. Cependant, la quantification des nombreux liens directs et indirects à travers lesquels les changements climatiques peuvent affecter les interactions trophiques demeure un défi.Notre objectif est d'identifier les mécanismes causaux directs et indirects, sous-tendus par le climat, affectant les interactions prédateur-proie au sein d'un réseau trophique au cæur de la toundra.Notre étude se base sur les relations entre un prédateur (renard arctique) et ses deux proies principales –le lemming (proie préférée) et la grande oie des neiges (proie alternative)– et qui subissent un accroissement des précipitations et des températures au travers des années. Nous avons utilisé une combinaison de modèles illustrant les liens causaux multiples entre les variables clés issues d'une base de données à long-terme (21 ans).Nous avons obtenu plusieurs scénarios possibles reliant les facteurs climatiques régionaux (Oscillation Arctique) et les températures et précipitations locales à la reproduction de nos 3 espèces. Nos résultats suggèrent que les facteurs climatiques régionaux et locaux présentent des impacts directs et indirects sur la reproduction du renard arctique et de l'oie des neiges. Le climat local présente un lien causal positif avec le succès de nidification de l'oie, alors que le climat local et régional démontrent un effet contrasté sur la proportion de renard en reproduction. Aucune relation entre les facteurs climatiques et l'abondance des lemmings n'a été trouvée. Nous avons observé des liens causaux positifs entre la reproduction du lemming, du renard et de l'oie, mettant en évidence les réponses numériques et fonctionnelles du renard arctique face à la variabilité de l'abondance de lemming.Notre étude est une des premières à mesurer les liens causaux et les forces d'interaction entre les espèces partageant un même réseau trophique, quantifiant ainsi la réponse numérique du prédateur et les interactions apparentes entre ses proies principales. Ces résultats améliorent notre compréhension des effets complexes du climat sur les interactions prédateur-proie et notre capacité à anticiper la réponse des réseaux trophiques aux changements climatiques en cours.

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