Modelling of the nonlinear dynamics of pacific sockeye salmon
Final Report Abstract
Die pazifischen Rotlachse (Sockeye-Lachse), die in Flüssen und Seen in Kanada und den USA laichen, sind von großer ökologischer und wirtschaftlicher Bedeutung. Aus diesem Grund werden schon seit vielen Jahrzehnten Daten über die Populationsbestande gesammelt und die Lebensbedingungen der Lachse in den großen oligotrophen Seen Nordamerikas untersucht. Diese Daten zeigen, dass alle 4 Jahre besonders viele Lachse zum Laichen kommen. Von unserer Gruppe wurde ein Räuber-Beute-Modell entwickelt, das die Populationsdynamik der jungen Lachse und ihrer Räuber in den Brutseen ebenso berücksichtigt wie das Wachstum im Ozean, und das die beobachtete 4-Jahresoszillation über einen breiten Parameterbereich reproduziert. In diesem Projekt wurde der Einfluss von zufälligen Störungen, von weiterer Nahrung für den Räuber, von der Art der Modellierung von Konkurrenzeffekten und Ressourcenwachstum, und von verschiedenen menschlichen Eingriffen auf die Populationsdynamik untersucht. Alle diese Untersuchungen zeigen, dass die 4-Jahresoszillation extrem robust ist und in den verschiedenen Modellmodifikationen überlebt. Außerdem ermöglichten diese Untersuchungen, die Parameterwerte des Modells anhand empirischer Daten so gut abzuschätzen, dass quantitative Vergleiche und Vorhersagen möglich sind. Insbesondere zeigen die Untersuchungen, dass persistente starke Oszillationen vor allem bei guten Wachstumsbedingungen der Junglachse und starker Kopplung an einen Räuber auftreten. Dies bestätigt die Hypothese, dass die starke Populationsoszillation der Sockeye-Lachse durch die Kopplung an einen Räuber verursacht ist, und es erklärt, warum die 4-Jahresoszillation nur in einem Teil der Brutseen der Sockeye-Lachse beobachtet wird. Neben diesen spezifisch auf die Sockeye-Lachse bezogenen Untersuchungen führten wir drei allgemeinere Untersuchungen durch: Wirerstellten ein Räuber-Beute-Modell für die Pink-Lachse, die eine Zweijahresoszillation zeigen. Neben Sockeye-Lachsen gibt es noch andere Spezies (vor allem Insekten) mit Populationsoszillationen, deren Periode ungefähr mit der Generationszeit übereinstimmt. Wir untersuchten ein Einspeziesmodell, in dem die Mortalität oder Fekundität von der Nahrungskonkurrenz in der Wachstumsphase abhängt, und zeigten, dass die Oszillationsperiode kontinuierlich davon abhängt, mit welcher Zeitverzögerung sich eine Nahrungskonkurrenz während der Wachstumsphase auf die Nachkommen auswirkt. Schließlich befassten wir uns noch allgemein mit dem dynamischen Verhalten von Räuber-Beute-Modellen und Dreispeziesnahrungsketten, und wir fanden, dass die Art und Weise, wie Konkurrenzeffekte in das Modell eingebaut werden, sich stark auf die Dynamik auswirkt und insbesondere darüber entscheidet, ob katastrophale Übergänge in andere dynamische Regime passieren können.
Publications
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Coexisting patterns of population oscillations: The degenerate Neimark-Sacker bifurcation as a generic mechanism. Physical Review E 83 (2), 021910 (2011)
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CK Schmitt, C Guill, E Carmack, B Drossel
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C Guill, E Carmack, B Drossel
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CK Schmitt, S Schulz, J Braun, C Guill, B Drossel
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Single generation cycles and delayed feedback cycles are not separate phenomena. Theoretical population biology 98, 38-47 (2014)
T Pfaff, A Brechtel, B Drossel, C Guill
