Mike Litzow & Lorenzo Ciannelli Oscillating trophic control induces community reorganization in a marine ecosystem Mike Litzow & Lorenzo Ciannelli Ecology Letters, (2007) 10: 1124-1134 Jennifer Pini et Morgane Martin M1 Biologie et Écologie Marine

But de l’étude 2 hypothèses Comprendre les mécanismes sous-jacents qui régulent la relation entre le climat et le contrôle trophique des écosystèmes 2 hypothèses Le climat régule le contrôle trophique dans la Baie de Pavlof La modification du contrôle trophique a déclenché une phase de transition après le regime shift de 1976/1977

(Litzow, M.A. 2006, ICES Journal of Marine Science, 63: 1386e1396)

Interaction morues/proies Juillet-Octobre, n = 593 prises CPUE (kg / km towed) 0,001 0,01 0,1 1 10 100 1000 1970 1975 1980 1985 1990 1995 2000 2005 Prédateur (morue) Proies (crevettes + capelans) 1976/1977 Regime shift Phase froide PDO Phase chaude PDO Hypothèse d’Etats Stables Alternatifs (ASS) : phase de transition causée par une interaction entre un mécanisme externe (climat) et un mécanisme interne (contrôle trophique) (Scheffer et Carpenter 2003 TRENDS in Ecology and Evolution Vol.18 No.12) Effet climatique sur cette interaction? Regime shift des années 70 => une modification du système prédateur-proie dans le Golfe d’Alaska

1) Approche par corrélation des abondances prédateur/proies et méthode NMDS : Corrélation négative = contrôle top down Corrélation positive ou faible = contrôle bottom up Mesure les changements dans la composition des communautés au cours du temps 2) Approche par un modèle non-additif (TGAM) : On teste différentes variables indépendantes et leurs rôles dans la modification des abondances des populations

Relation climat-contrôle trophique État des communautés (NMDS) 1) Approche par corrélation et NMDS Relation climat-contrôle trophique Effets de la température sur une corrélation de 5 ans entre les morues et les proies (4 espèces de crevettes et capelans) 1 -1 -2 74 75 76 77 78 79 80 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 00 01 02 03 Bottom-up control 81 Top-down control (coefficient de Pearson r) Force de Corrélation Indice de température (PC1) État des communautés (NMDS) + proies + prédateurs

Modèle proie 2) Approche par modèle non-additif (TGAM) Variations dans les facteurs contrôlant les populations de proies avant et après la valeur seuil Relations linéaires avant la valeur seuil, non linéaires après Relation prédateur/proies négative avant la valeur seuil Pas d’influence de la pêche sur toute l’étude Densité-dépendance à forte densité de proies

Modèle prédateur 2) Approche par modèle non-additif (TGAM) Variations dans les facteurs contrôlant les populations de prédateurs avant et après la valeur seuil (T°, interactions trophiques) Influence de la pêche sur toute l’étude (surpêche a provoqué contrôle top-down) Interactions prédateur/proies négatives

Conclusions Théorie ASS vérifiée Résultats cohérents avec hypothèse d’une structuration bottom-up des écosystèmes en l’absence de fortes perturbations Un changement de climat agit en modifiant la nature du contrôle trophique dans le système ou agit directement sur les populations Regime shifts de 1988/1989 et 1998/1999 : pas de réorganisation des communautés

Merci de votre attention

Bibliographie Anderson, P.J. & Piatt, J.F. (1999). Community reorganization in the Gulf of Alaska following ocean climate regime shift. Mar. Ecol. Prog. Ser., 189, 117–123. Choi, J.S., Frank, K.T., Leggett, W.C. & Drinkwater, K. (2004). Transition to an alternate state in a continental shelf ecosystem. Can. J. Fish. Aquat. Sci., 61, 505–510. Litzow, M.A. (2006). Climate regime shifts and community reorganization in the Gulf of Alaska: how do recent shifts compare with 1976-1977? ICES J. Mar. Sci., 63, 1386–1396. Scheffer, M. & Carpenter, S. (2003). Catastrophic regime shifts in ecosystems: linking theory to observation. Trends Ecol. Evol., 18, 648–656.

Phase de transition Valeurs seuils 1981 : valeur seuil prédateurs : - 0,102 1984 : valeur seuil proies : - 0,05

Warm Cool Pacific Decadal Oscillation (Pacifique Nord) Phase + Phase - Anomalies de températures de surface en hiver Warm Cool PDO Long-standing weather patterns can lead to decades of unusually warm or unusually cold sea-surface temperatures in the Gulf of Alaska and adjacent areas, that is marked by opposite patterns of sea-surface temperatures to the west. A very marked change in these patterns occurred in 1977- 1978, see the green arrow. 1976/1977 : Regime shift Credits: Hare, Mantua, Enfield

DEFINITIONS : Regime shift : (= phase shift) Face à un changement graduel d'un paramètre physico-chimique ou biologique de l'environnement, la réponse de la population ou de l'écosystème peut ne pas être graduelle, mais par sauts (sudden catastrophic change) (Rietkerk et al., 2004) Ce saut est le regime shift. -> Lié au paramètre de forçages climatiques comme la PDO Phase de transition : Quand il y a modification dans les variables « forcées ». Ici = dynamique de populations. Décrit les changements des propriétés dynamiques et mécaniques des systèmes, potentiellement provoqué par un regime shift.

Alternative Stable State theory BE Beisner, DT Haydon, and K Cuddington Front Ecol Environ 2003; 1(7): 376–382

Gulf of Alaska Zooplankton Biomass - Hypothèse OCH : hypothèse du contrôle oscillant 1956-1962 1980-1989 From: Brodeur and Ware (1992) Fish. Oceanogr. 1: 32-38