Simplification of structured population dynamics in complex ecological communities

Goldstone's idea of slow dynamics resulting from spontaneously broken symmetries is applied to Hubbell's neutral hypothesis of community dynamics, to efficiently simplify stage-structured multi-species models-introducing the quasi-neutral approximation (QNA). Rather than assuming population-dynamical neutrality in the QNA, deviations from ideal neutrality, thought to be small, drive dynamics. The QNA is systematically derived to first and second order in a two-scale singular perturbation expansion. The total reproductive value of species, as computed from the effective life-history parameters resulting from the non-linear interactions with the surrounding community, emerges as the new dynamic variables in this aggregated description. Using a simple stage-structured community-assembly model, the QNA is demonstrated to accurately reproduce population dynamics in large, complex communities. Further, the utility of the QNA in building intuition for management problems is illustrated by estimating the responses of a fish stock to harvesting and variations in fecundity.

Large-scale association analysis identifies 13 new susceptibility loci for coronary artery disease

We performed a meta-analysis of 14 genome-wide association studies of coronary artery disease (CAD) comprising 22,233 individuals with CAD (cases) and 64,762 controls of European descent followed by genotyping of top association signals in 56,682 additional individuals. This analysis identified 13 loci newly associated with CAD at P < 5 x 10(-8) and confirmed the association of 10 of 12 previously reported CAD loci. The 13 new loci showed risk allele frequencies ranging from 0.13 to 0.91 and were associated with a 6% to 17% increase in the risk of CAD per allele. Notably, only three of the new loci showed significant association with traditional CAD risk factors and the majority lie in gene regions not previously implicated in the pathogenesis of CAD. Finally, five of the new CAD risk loci appear to have pleiotropic effects, showing strong association with various other human diseases or traits.

Predicting the ecological impacts of a new freshwater invader:Functional responses and prey selectivity of the 'killer shrimp', Dikerogammarus villosus, compared to the native Gammarus pulex

The ability to predict the likely ecological impacts of invasive species in fresh waters is a pressing research requirement. Whilst comparisons of species traits and considerations of invasion history have some efficacy in this respect, we require robust methods that can compare the effects of native and invasive species. Here, we utilise comparative functional responses and prey selectivity experiments to understand and predict the ecological impact of an invader as compared to a native. We compared the predatory functional responses of an emerging invasive species in Europe, the 'killer shrimp', Dikerogammarus villosus, and an analogous native species, Gammarus pulex, towards three representative prey species: Asellus aquaticus, Daphnia magna and Chironomus sp. Furthermore, as ecological impact may be greater for invasive species with more indiscriminate feeding habits, we compared the selectivity for the three prey types between the invasive and native species. In both the presence and absence of experimental habitats, large D. villosus, and those matched for body size with G. pulex, generally showed higher (Type II) functional responses than G. pulex, with the invasive species exhibiting higher maximum feeding rates. Further, D. villosus exhibited significantly more indiscriminate prey selection compared with G. pulex, a trait that became more evident as the invader increased in size. Differences in functional responses and prey selectivity were prey species specific, with higher to lower predicted impacts in the order A. aquaticus, D. magna and Chironomus sp. This is in accord with the impact of this invasive species on macroinvertebrates in the field. We thus provide understanding of the known ecological impact of D. villosus and discuss the utility of the phenomenological use of comparative functional responses and resource use as a tool through which the potential ecological impacts of invasive species may be identified. © 2013 John Wiley & Sons Ltd.

Large-scale association analysis identifies new risk loci for coronary artery disease

Coronary artery disease (CAD) is the commonest cause of death. Here, we report an association analysis in 63,746 CAD cases and 130,681 controls identifying 15 loci reaching genome-wide significance, taking the number of susceptibility loci for CAD to 46, and a further 104 independent variants (r(2)

Impacts of invasive browsers on demographic rates and forest structure in New Zealand

Background/Question/Methods

Assessing the large scale impact of deer populations on forest structure and composition is important because of their increasing abundance in many temperate forests. Deer are invasive animals and sometimes thought to be responsible for immense damage to New Zealand’s forests. We report demographic changes taking place among 40 widespread indigenous tree species over 20 years, following a period of record deer numbers in the 1950s and a period of extensive hunting and depletion of deer populations during the 1960s and 1970s.

Results/Conclusions

Across a network of 578 plots there was an overall 13% reduction in sapling density of our study species with most remaining constant and a few declining dramatically. The effect of suppressed recruitment when deer populations were high was evident in the small tree size class (30 – 80 mm dbh). Stem density decreased by 15% and species with the greatest annual decreases in small tree density were those which have the highest rates of sapling recovery in exclosures indicating that deer were responsible. Densities of large canopy trees have remained relatively stable. There were imbalances between mortality and recruitment rates for 23 of the 40 species, 7 increasing and 16 in decline. These changes were again linked with sapling recovery in exclosures; species which recovered most rapidly following deer exclusion had the greatest net recruitment deficit across the wider landscape, indicating recruitment suppression by deer as opposed to mortality induced by disturbance and other herbivores. Species are not declining uniformly across all populations and no species are in decline across their entire range. Therefore we predict that with continued deer presence some forests will undergo compositional changes but that none of the species tested will become nationally extinct.

Impacts of invasive browsers on demographic rates and forest structure in New Zealand. Available from: http://www.researchgate.net/publication/267285500_Impacts_of_invasive_browsers_on_demographic_rates_and_forest_structure_in_New_Zealand [accessed Oct 9, 2015].

Gorgonians of the South of Portugal: biology, ecology and conservation

O papel ecológico das gorgónias (Octocorallia: Alcyonacea) nos fundos marinhos rochosos é mundialmente reconhecido. Contudo, a informação acerca da ecologia e biologia das espécies de gorgónias nas zonas temperadas do NE Atlântico é manifestamente escassa, especialmente tendo em consideração as actuais perturbações globais, regionais e locais. Nos fundos rochosos da costa algarvia até aos 30 m, verificouse que várias espécies de gorgónias são abundantes e frequentes, nomeadamente Eunicella labiata, Eunicella gazella, Eunicella verrucosa, Leptogorgia lusitanica e Leptogorgia sarmentosa. As populações de gorgónias são co-dominadas por diferentes espécies que apresentaram elevados índices de associação, indicando reduzidos níveis de competição entre elas. Em todo o caso, a estrutura dos povoamentos diferiu com as condições locais. Todas as espécies evidenciaram padrões de distribuição semelhantes ao longo do gradiente de profundidade, i.e. a abundância aumenta significamente com a profundidade após os 15 m. A profundidades mais baixas (até aos 15 m), a distribuição das gorgónias parece ser condicionada por factores abióticos e pela competição com algas. Com efeito, os padrões de distribuição espacial das espécies de gorgónias na costa algarvia são determinados pela interacção de pressões naturais e antropogénicas (ex. pesca). Ainda que as colónias de maior tamanho não tenham sido restritas a áreas menos pescadas, em áreas mais perturbadas pela pesca, a distribuição dos tamanhos das colónias estava maioritariamente desviada para tamanhos mais pequenos. Os efeitos das perturbações naturais nas populações de gorgónias foram evidenciados pela ocorrência de padrões demográficos distintos em áreas vizinhas sujeitas a níveis semelhantes de pressões antropogénicas. Estes estudos demonstraram, ainda, que os efeitos na distribuição de frequências de tamanho das colónias são dependentes das espécies de gorgónias em causa: Eunicella labiata não parece ser afectada; Leptogorgia sarmentosa é tendencialmente afectada por pressões antropogénicas; Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica aparentam ser afectadas, quer por pressões naturais, quer por pressões antropogénicas. Os efeitos verificados nos padrões da distribuição de frequências de tamanho, particularmente a tendência para o desvio destas frequências para tamanhos mais pequenos em áreas sujeitas a perturbações, poderão ter consequências para a biodiversidade dos fundos sublitorais rochosos na costa algarvia. Com efeito, o presente estudo apoia o paradigma geral de que os corais são habitats que suportam comunidades de elevada biodiversidade e abundância. Num dos poucos estudos que examinam a relação entre as gorgónias e as suas comunidades de invertebrados epibentónicos, foi verificado que as gorgónias (Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica) sustentam comunidades ricas (11 phyla, 181 taxa) e abundantes (7284 indivíduos). Estas comunidades são dominadas por anfípodes, mas os poliquetas tiveram um grande contributo para os níveis elevados de biodiversidade. Verificou-se, igualmente, que o tamanho da colónia desempenha um papel fundamental na biodiversidade, na medida em que as colónias de menor tamanho apresentaram um contributo mais baixo, comparativamente às médias e grandes. Ainda que ambas as gorgónias partilhem a maioria das espécies amostradas, 11 e 18 taxa foram exclusivos de Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica, respectivamente (excluindo indivíduos com presenças únicas). No entanto, a maioria destes taxa eram ou pouco abundantes ou pouco frequentes. A excepção foi a presença de planárias (Turbellaria) de coloração branca nas colónias de Eunicella gazella, provavelmente beneficiando do efeito de camuflagem proporcionado pelos ramos com a mesma coloração. Com efeito, a complementaridade entre as comunidades epibentónicas associadas a ambas as gorgónias diminuiu quando usados os dados de presença/ausência, sugerindo que os padrões de biodiversidade são mais afectados pelas alterações na abundância relativa das espécies dominantes do que pela composição faunística. As comunidades de epifauna bentónica associadas a estas gorgónias não só apresentaram valores elevados de ®-diversidade, como de ¯- diversidade, resultantes de padrões intrincados de variabilidade na sua composição e estrutura. Ainda que o conjunto de espécies disponíveis para colonização seja, na generalidade, o mesmo para ambos os locais, cada colónia apresenta uma parte deste conjunto. Na sua totalidade, as colónias de gorgónias poderão funcionar como uma metacomunidade, mas a estrutura das comunidades associadas a cada colónia (ex. número total de espécies e abundância) parecem depender dos atributos da colónia, nomeadamente superfície disponível para colonização (altura, largura e área), complexidade e heterogeneidade (dimensão fractal e lacunaridade, respectivamente) e cobertura epibentónica “colonial” (ex. fauna colonial e algas macroscópicas; CEC). Numa primeira tentativa para quantificar a relação entre as gorgónias e os invertebrados epibentónicos a elas associados (em termos de abundância e riqueza específica), verificou-se que a natureza e a intensidade destas relações dependem da espécie hospedeira e variam para os grupos taxonómicos principais. No entanto, independentemente do grupo taxonómico, a riqueza específica e a abundância estão significativamente correlacionadas com a CEC. Com efeito, a CEC provavelmente devido a um efeito trófico (aumento da disponibilidade alimentar directo ou indirecto), combinado com a superfície disponível para colonização (efeito espécies-área) foram as variáveis mais relacionadas com os padrões de abundância e riqueza específica. Por outro lado, ainda que a complexidade estrutural seja frequentemente indicada como um dos factores responsáveis pela elevada diversidade e abundância das comunidades bentónicas associadas a corais, a dimensão fractal e a lacunaridade apenas foram relevantes nas comunidades associadas a Leptogorgia lusitanica. A validade do paradigma que defende que a complexidade estrutural promove a biodiversidade poderá ser, então, dependente da escala a que se realizam os estudos. No caso das gorgónias, o efeito da complexidade ao nível dos agregados de gorgónias poderá ser muito mais relevante do que ao nível da colónia individual, reforçando a importância da sua conservação como um todo, por forma a preservar a diversidade de espécies hospedeiras, o seu tamanho e estrutura. Actividades antropogénicas como a pesca, podem, ainda, ter efeitos negativos ao nível da reprodução de espécies marinhas. Analogamente ao verificado para os padrões de distribuição espacial das populações de gorgónias na costa algarvia, a informação relativa à sua reprodução é igualmente escassa. Os estudos realizados em populações de Eunicella gazella a 16m de profundidade, demonstraram que o desenvolvimento anual das estruturas reprodutivas é altamente sincronizado entre os sexos. A razão entre sexos na população foi de 1.09 (F:M), encontrando-se perto da paridade. A espermatogénese estende-se por 6 a 8 meses, enquanto que a oogénese é mais demorada, levando mais de um ano para que os oócitos se desenvolvam até estarem maduros. Antes da libertação dos gâmetas, foi observada uma elevada fecundidade nas fêmeas (27.30§13.24 oócitos pólipo−1) e nos machos (49.30§31.14 sacos espermáticos pólipo−1). Estes valores encontram-se entre os mais elevados reportados à data para zonas temperadas. A libertação dos gâmetas (não há evidência de desenvolvimento larvar, nem à superfície da colónia, nem no seu interior) occorre em Setembro/ Outubro, após um período de elevada temperatura da água do mar. As fêmeas emitem oócitos maduros de elevadas dimensões, retendo, todavia, os oócitos imaturos que se desenvolvem apenas na época seguinte. Ainda que o efeito da pesca nas populações de gorgónias da costa do Algarve seja perceptível, às taxas actuais, o mergulho recreativo não aparenta afectar seriamente estas populações. Contudo, sendo uma indústria em expansão e conhecendo-se a preferência de mergulhadores por áreas rochosas naturais ricas em espécies bentónicas, futuramente poderá vir a afectar estes habitats. A monitorização de mergulhadores na costa algarvia mostrou que a sua maioria (88.6 %) apresenta comportamentos que podem impactar o habitat, com uma taxa média de contactos de 0.340§0.028 contactos min−1. Esta taxa foi mais elevada em mergulhadores com moderada experiência e na fase inicial do mergulho (0–10 min). Os contactos com as barbatanas e mãos foram comuns, resultando, maioritariamente, na resuspensão do sedimento, mas geralmente apresentando um impacto reduzido. Todavia, a fauna também foi afectada, quer por danos físicos, quer pela interacção com os mergulhadores, e num cenário de expansão significativa desta actividade, os impactos na fauna local poderão aumentar, com consequências para os ecossistemas de fundos rochosos da costa sul de Portugal. Na sua globalidade, a informação recolhida nos estudos que contemplam esta tese, por ser em grande parte totalmente nova para a região, espera-se que contribua para a gestão da zona costeira do Algarve.

Community response in disasters: an ecological learning framework

Natural disasters are frequently exacerbated by anthropogenic mechanisms and have social and political consequences for communities. The role of community learning in disasters is seen to be increasingly important. However, the ways in which such learning unfolds in a disaster can differ substantially from case to case. This article uses a comparative case study methodology to examine catastrophes and major disasters from five countries (Japan, New Zealand, UK, US and Germany) to consider how community learning and adaptation occurs. An ecological model of learning is considered, where community learning is of small loop (adaptive, incremental, experimental) type or large loop (paradigm changing) type. Using this model we consider that there are three types of community learning that occur in disasters (navigation, organisation, reframing). The type of community learning that actually develops in a disaster depends upon a range of social factors such as stress and trauma, civic innovation and coercion.