Investigating predator-prey interactions through direct and indirect approaches

Domagoj Gajski, Ph.D.

Doctoral thesis

Abstract:

Přesné znalosti trofických interakcí v ekosystémech jsou klíčové pro pochopení dynamiky ekosystémů a chování jednotlivých druhů a společenstev v nich. Tradiční metody analýzy potravy, jako je například přímé pozorování však mají svá omezení, která nám mohou zabránit v získávání uceleného obrazu o trofických interakcích probíhajících v ekosystému. To platí zejména při práci s malými a kryptickými organismy, jako jsou členovci a plazi, kde je pozorování trofických interakcí v přirozených podmínkách téměř nedosažitelné. Proto se vědci zaměřili na získávání informací o těchto interakcích buď nepřímým přístupem pomocí pozorování hustotních vztahů různých organismů v dané nice nebo ekosystému, nebo přímým přístupem, identifikací zbytků kořisti z obsahu střev predátorů nebo pomocí molekulárních metod, jako je detekce pomocí PCR či metabarcodingem potravy. Tato doktorská práce obsahuje čtyři publikované vědecké práce a jednu přijatou. Cílem této práce bylo zkoumat interakce mezi predátory a kořistí pomocí různých souborů metod, které poskytují buď nepřímé, nebo přímé důkazy o interakcích mezi predátory a kořistí. Tyto přístupy byly studovány na dvou různých typech predátorů na jižní Moravě (Česká republika): členovcích v hrušňových sadech a ještěrkách na vápencových kopcích. První čtyři rukopisy jsou zaměřeny na členovce v hrušňových sadech, kteří byli zkoumáni z hlediska potenciálu biologické ochrany proti škůdcům pomocí souboru metod zaměřených na potvrzení predační aktivity, zkoumání vztahů mezi hustotou predátorů a kořisti a porovnání složení potravy predátorů mezi různými ročními obdobími a způsoby obhospodařování. Poslední rukopis je zaměřen na potravu ještěrek, kde jsme porovnávali účinnost makroskopických versus molekulárních metod identifikace zbytků kořisti. Naše výsledky ukazují, že moderní molekulární metody mohou poskytnout spolehlivé množství informací o interakcích mezi predátory a kořistí. Každá metoda má však svá omezení a pro získání úplného obrazu interakcí predátor-kořist jsou stále závislé na tradičních metodách. Proto teprve kombinace více metod umožňuje spolehlivě popsat komplexní trofické interakce.

Abstract:

Having accurate knowledge of trophic interactions in ecosystems is crucial for understanding ecosystem dynamics and the behavior of individual species, and communities within them. Traditional dietary analysis methods, like, for instance, direct observation, have limitations that can prevent us from obtaining a complete picture of trophic interactions occurring within an ecosystem. This is especially the case when working with small and cryptic organisms, such as arthropods and reptiles, where observation of trophic interactions in natural conditions is almost unattainable. This is why scientists focused on obtaining information about such interactions through either an indirect approach by observing density relationships of different organisms in a niche or ecosystem, or through direct approaches, by identifying prey remains in the gut content of predators or by using molecular methods such as PCR detection and dietary metabarcoding. This Ph.D. thesis comprises four published scientific papers and one accepted one. The aim of this thesis was to investigate predator-prey interactions through various sets of methods that provide either indirect or direct evidence about predator-prey interactions. These approaches were studied on two different types of predators in Southern Moravia (Czech Republic): arthropods in pear orchards and lizards in limestone hills. The first four manuscripts are focused on arthropods in pear orchards, which were studied for their biological pest control potential by performing a set of methods focused on confirming predation activity, investigating predator-prey density relationships and comparing diet compositions of predators between different seasons and management practices. The last manuscript is focused on the diet of lizards, where we compared the efficacy of macroscopic versus molecular methods for identification of prey remains. Our results show that modern molecular methods can provide a confident amount of information about predator-prey interactions. However, as with every method, they have their limitations, and are still dependent on the traditional methods to obtain a complete picture of predator-prey interactions. Therefore, only by combining multiple methods together, it allows us to describe complex trophic interactions reliably.

Keywords

interakce mezi predátorem a kořistí, pozorování predace, vztahy hustoty, krmné pokusy, PCR detekce, dietní metabarcoding, ochrana proti škůdcům, členovci, ještěrky predator-prey interactions, predation observation, density relationships, feeding trials, PCR detection, dietary metabarcoding, pest management, arthropods, lizards

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 1. 8. 2023

Thesis defence

• Date of defence: 21. 9. 2023
• Supervisor: prof. Mgr. Stanislav Pekár, Ph.D.
• Reader: prof. Klaus Birkhofer, RNDr. Milan Řezáč, Ph.D.

Masaryk University

Faculty of Science

Doctoral programme / field:
Ecological and Evolutionary Biology / Zoology