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Eco-evolutionary dynamics of ecosystems resilience

English title Eco-evolutionary dynamics of ecosystems resilience
Applicant Chaparro Pedraza Perla Catalina
Number 190940
Funding scheme Spark
Research institution Abteilung Fischökologie und Evolution Eawag
Institution of higher education Swiss Federal Institute of Aquatic Science and Technology - EAWAG
Main discipline Ecology
Start/End 01.03.2020 - 28.02.2021
Approved amount 99'970.00
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All Disciplines (2)

Discipline
Ecology
Environmental Research

Keywords (5)

Eco-evolutionary dynamics; Alternative stable states; Ecosystems resilience; Regime shifts; Ecological instability

Lay Summary (French)

Lead
Les changements environnementaux, principalement attribués aux activités humaines, peuvent provoquer des changements soudains et radicaux dans les écosystèmes. Bien que les causes et conséquences écologiques de tels changements soient bien étudiées, les processus d’évolution n’ont pas été intégrés à ces recherches. Ce projet examine comment les dynamiques écologiques et d’évolution interagissent dans des écosystèmes soumis à un stress environnemental.
Lay summary

Contenu et objectifs du travail de recherche

Les écosystèmes ne répondent pas toujours aux changements environnementaux de manière régulière. Des changements soudains et radicaux peuvent survenir dans les écosystèmes quand les conditions de l’environnement dépassent certains seuils. La résilience d’un écosystème est sa capacité de répondre à un changement environnemental sans changer radicalement son état. Alors que beaucoup de recherches aient été consacrées à la manière dont les processus écologiques affectent la résilience des écosystèmes, très peu de recherches étudient l’effet des processus d’évolution sur la résilience des écosystèmes.

Le but de ce projet est de révéler comment les interactions entre les dynamiques écologiques, d’évolution et de l’environnement affectent la résilience des écosystèmes en utilisant la modélisation mathématique.

Contexte scientifique et social du projet de recherche

Alors que la population humaine continue d’augmenter et que ses activités se développent, des changements dans les écosystèmes de la planète surviennent rapidement. Ainsi, il est urgent de comprendre comment les écosystèmes répondront à ces changements. Ce projet contribue à cette compréhension en intégrant les processus d’évolution au cadre théorique actuellement utilisé pour prédire et prévenir la perte de résilience des écosystèmes. Finalement, ces connaissances contribueront à améliorer la protection des écosystèmes vulnérables et à l’exploitation durable des services qu’ils apportent à notre société.

Direct link to Lay Summary Last update: 20.01.2020

Responsible applicant and co-applicants

Employees

Collaboration

Group / person Country
Types of collaboration
Dakos Research Group/University of Montpellier France (Europe)
- in-depth/constructive exchanges on approaches, methods or results
- Publication

Scientific events

Active participation

Title Type of contribution Title of article or contribution Date Place Persons involved
British ecological Society meeting Talk given at a conference Fast environmental change and eco-evolutionary feedbacks can drive regime shifts in ecosystems before tipping points are crossed 14.12.2020 Virtual, Great Britain and Northern Ireland Chaparro Pedraza Perla Catalina;


Abstract

Anthropogenic changes impose stress upon ecosystems at an unprecedented rate, therefore understanding how ecosystems will respond to perturbations is an urgent matter. Previous works have demonstrated that ecosystems do not always respond to gradual environmental change in a smooth manner but that abrupt regime shifts between alternative stable states occur when environmental conditions cross certain thresholds1-3. Despite environmental change trigger both ecological and evolutionary responses4-9, the theoretical framework used to predict stress responses of ecosystems with alternative stable states lacks the evolutionary component. This project proposes to develop a novel eco-evolutionary theory that serves as a foundation to generate accurate predictions regarding environmental stress responses in ecosystems with alternative stable states. Using the shallow lake system as a model system, this project aims at unraveling how trait (co)evolution affects the resilience of ecosystems under environmental stress focusing on the interaction between ecological, evolutionary, and stress dynamics. To do so, this project will integrate insights derived from quantitative population models and individual-based simulations (IBM). While quantitative population models will allow for more extensive mapping of qualitative dynamics, the IBM will allow testing the robustness of the results by relaxing assumptions that are inherent to the quantitative population model approach. The results of this research project will produce a first generation eco-evolutionary framework to study resilience in ecosystems with alternative stable states. This framework will contribute to improve our ability to predict, and potentially prevent and/or mitigate, the occurrence and severity of regime shifts in natural ecosystems.
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