The Food Web of Potter Cove (Antarctica) : complexity, structure and function

Abstract

El conocimiento de la estructura y la complejidad de la red trófica es fundamental para comprender mejor el funcionamiento de los ecosistemas. Un enfoque basado en la red trófica incluye tanto las especies como los flujos de energía entre ellas, lo que proporciona un marco natural para caracterizar los roles ecológicos de las especies y los mecanismos a través de los cuales la biodiversidad influye en la dinámica de los ecosistemas. Aquí presentamos por primera vez una red trófica de alta resolución para un ecosistema marino en Potter Cove (norte de la Península Antártica). Se analizaron once propiedades de la red trófica para documentar la complejidad, la estructura y la topología de la red. Encontramos una baja densidad de ligamiento (3,4), conectancia (0,04) y porcentaje de omnívoros (45), así como una longitud de camino corta (1,8) y un bajo coeficiente de agrupamiento (0,08). Además, al relacionar la estructura de la red trófica con su dinámica, se encontró una distribución de grados exponencial (enlaces de entrada y salida). Esto sugiere que la red trófica de Potter Cove podría ser vulnerable si las especies más conectadas se extinguieran localmente. Para dos de los tres grupos funcionales más conectados, los gráficos de superposición de competencia implican una alta interacción trófica entre peces demersales y especialización de nicho según las estrategias de alimentación de los anfípodos. Por otro lado, el gráfico de superposición de presas también muestra la existencia de múltiples vías energéticas de flujo de carbono en los hábitats bentónicos y pelágicos del ecosistema de Potter Cove. Si bien las fuentes de alimento alternativas podrían robustecer la red, las propiedades de la red (baja densidad de enlaces, conectancia y omnívorosidad) sugieren fragilidad y posibles efectos de cascada trófica.

Knowledge of the food web structure and complexity are central to better understand ecosystem functioning. A food-web approach includes both species and energy flows among them, providing a natural framework for characterizing species’ ecological roles and the mechanisms through which biodiversity influences ecosystem dynamics. Here we present for the first time a high-resolution food web for a marine ecosystem at Potter Cove (northern Antarctic Peninsula). Eleven food web properties were analyzed in order to document network complexity, structure and topology. We found a low linkage density (3.4), connectance (0.04) and omnivory percentage (45), as well as a short path length (1.8) and a low clustering coefficient (0.08). Furthermore, relating the structure of the food web to its dynamics, an exponential degree distribution (in- and out-links) was found. This suggests that the Potter Cove food web may be vulnerable if the most connected species became locally extinct. For two of the three more connected functional groups, competition overlap graphs imply high trophic interaction between demersal fish and niche specialization according to feeding strategies in amphipods. On the other hand, the prey overlap graph shows also that multiple energy pathways of carbon flux exist across benthic and pelagic habitats in the Potter Cove ecosystem. Although alternative food sources might add robustness to the web, network properties (low linkage density, connectance and omnivory) suggest fragility and potential trophic cascade effects.

O conhecimento da estrutura e da complexidade da teia alimentar é fundamental para melhor compreender o funcionamento dos ecossistemas. Uma abordagem de teia alimentar inclui espécies e fluxos de energia entre elas, fornecendo uma estrutura natural para caracterizar os papéis ecológicos das espécies e os mecanismos pelos quais a biodiversidade influencia a dinâmica dos ecossistemas. Aqui, apresentamos pela primeira vez uma teia alimentar de alta resolução para um ecossistema marinho em Potter Cove (norte da Península Antártica). Onze propriedades da teia alimentar foram analisadas para documentar a complexidade, a estrutura e a topologia da rede. Encontramos uma baixa densidade de ligação (3,4), conectância (0,04) e porcentagem de onivoria (45), bem como um comprimento de caminho curto (1,8) e um baixo coeficiente de agrupamento (0,08). Além disso, relacionando a estrutura da teia alimentar à sua dinâmica, foi encontrada uma distribuição de graus exponencial (ligações de entrada e saída). Isso sugere que a teia alimentar de Potter Cove pode ser vulnerável se as espécies mais conectadas se tornarem localmente extintas. Para dois dos três grupos funcionais mais conectados, os gráficos de sobreposição de competição sugerem alta interação trófica entre peixes demersais e especialização de nicho de acordo com as estratégias de alimentação em anfípodes. Por outro lado, o gráfico de sobreposição de presas também mostra que existem múltiplas vias energéticas de fluxo de carbono em habitats bentônicos e pelágicos no ecossistema de Potter Cove. Embora fontes alternativas de alimento possam adicionar robustez à teia, as propriedades da rede (baixa densidade de ligação, conectância e onivoria) sugerem fragilidade e potenciais efeitos tróficos em cascata.