Piscivore-prey fish interactions - consequences of changing optical environment

Abstract

Predator-prey interactions are a primary structuring force in aquatic systems. A change in the predator-prey interactions may cause a change in the strength of trophic cascades and even resulting in ecosystem shifts. However, individual properties of predators and prey, as well as environmental conditions, may affect the relative strength of predator-prey interactions.

In our studies we observed two different behavioural defences against predators. Both crucian carp and perch decreased their activity when exposed to pike chemical or visual cue. However, the behavioural response elicited by the chemical cue was context dependent, i.e. crucian carp only reacted to the cue if information from visual senses was limited (turbid or brown water). Another behavioural response to predation threat is schooling as shown in roach, a common prey fish, that group into schools to limit predation risk.

The interaction between the predator and prey fish was influenced by optical conditions. Reaction distance of pike showed to be negatively affected by reduced visual conditions. The reaction distance and attack distance of pike and escape distance of roach was also context dependent, where brown water increased the reaction and attack distance in pike and reduced the escape distance in roach. This resulted in an overlap in attack and escape distance, which may have positive effects on the capture success of pike. Pikeperch was less affected by changes of the visual conditions in the water. However, pikeperch was indirectly affected by changing optical conditions through a change in prey behaviour.

Pikeperch showed a strong preference for perch under good optical conditions, but shifted their food preference to roach in poor optical conditions. The underlying mechanism to this pattern was observed in behavioural studies. Roach escaped long before the pikeperch initiated an attack, whereas perch was inactive which allowed pikeperch to approach and successfully attack. In poor optical conditions roach shoals were splitting up and roach escape distance was strongly reduced, which increased the foraging success of pikeperch resulting in that both roach and perch were included in the diet.

These changes in the predator-prey interactions may explain some of the changes in fish growth rate observed in lakes along a gradient of brown colouration. Here, I found that the growth rate of pike and roach were reduced in browner lakes.

Changes in environmental drivers, such as eutrophication and brownification, affecting the optical climate should thus have consequences for the strength of predator-prey interactions. This in turn may affect lake ecosystems through higher-order interactions.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Kampen om bytet och överlevnaden när (framtidsut)sikten försämras

Livet under ytan kan anses som lugnt, men även i de lugnaste vatten lurar fisken på ett mål mat. Vi måste äta för att kunna överleva, växa och utvecklas, detta gäller även för fiskarna i våra vatten. Precis som vi använder många fiskar sig av synen när de söker sin föda, men vissa fiskar är även bra på att känna rörelser och lukter som finns i vattnet och på så vis finna sin föda. Rörelser och lukter är komplement till synen, och dessa kan underlätta för fisken att jaga men även reagera på hot nattetid, men även när sikten i vattnet förändras. Faktorer som påverkar den optiska miljön i vattnet är exempelvis ljustillgången, men även partiklar påverkar ljuset på olika sätt som i sin tur påverkar hur fisken upplever sin omgivning.

I olika experiment och fältstudier har jag studerat hur fiskar födosöker men även vilka taktiker de använder sig av för att inte upptäckas och bli uppätna. I fältförsöken har jag valt ut sjöar med olika grad av brunhet och i inomhusexperimenten har jag manipulerat vattnen med lera, alger och brunvatten, men även ändrat ljusintensiteten i rummet för att efterlikna dag- och nattförhållanden. De substanser som jag valt att använda mig av är vanligt förekommande i våra svenska sjöar och vattendrag. Både alger och brunvattenfärgen har man sett öka under de senaste årtiondena på grund av övergödning, förändringar i svavelutsläpp, temperatur och nederbörd, varav temperatur och nederbörd beror på förändringar i vårt klimat. Hur reagerade då fiskarna på ändrade siktförhållanden? Svaret på denna fråga beror helt på vilken art man tittar på eftersom de har olika födosöksstrategier och olika taktiker för att undvika att själva bli ett byte.

Gäddan var den art som påverkades mest av försämrade siktförhållanden. I klart vatten kunde gäddan se sina byten på flera meters avstånd, men när sikten försämrades var gäddan tvungen att vara nära sitt byte för att upptäcka det. Mörtens flyktavstånd från gäddan påverkades inte av den försämrade sikten, däremot så flydde den från gäddan på ett kortare avstånd i brunt jämfört med grumligt vatten. Detta kan leda till att gäddan kan komma närmre mörten i ett brunt vatten och därmed attackera med större framgång. I fältstudien såg jag även att både gäddan och mörtens tillväxt minskade när vattnet blev brunare. Analyserna pekar mot att det har med sikten i vattnet att göra och inte med fiskbiomassan. Fiskbiomassan kan annars vara en tillgång för gäddan och för mörten kan den leda till ökad konkurrens om maten. Vid minskad sikt påverkas fisken negativet eftersom de inte kan se sina byten och kan därmed inte äta i samma takt som i ett klart vatten. Gösen, däremot, som är känd för att ha stora framgångar i grumliga och bruna vatten påverkas inte lika mycket av försämrad sikt. Försöken visade att sikten i vattnet inte nämnvärt påverkar vid vilket avstånd gösen upptäcker sitt byte. Även under bra siktförhållanden börjar inte gösen aktivt jaga det utvalda bytet förrän det är inom en halvmeters avstånd. När siktförhållandena är dåliga på grund av begränsad ljustillgång eller ökad brunhet verkar gösen aktivt använda sin sidolinje, som kan uppfatta vibrationer i vattnet från exempelvis bytesfisk. Gösen kan då ha en fördel över bytet som inte känner av hotet, vilket medför att gösen får tillgång till fler byten under dåliga siktförhållanden. Även byten påverkas av försämrade sikt förhållanden. Vi kan se att rudans beteende ändras och den minskar sin aktivitet vid dålig sikt när den kan lukta sig till en rovfisk, men om den kan överblicka sin omgivning bibehåller den sin ursprungs aktivitet. Anledningen till varför bytet sänker sin aktivitet vid fara är att det är svårare för rovfisken att upptäcka ett byte som rör sig långsamt eller är stilla jämförts med snabba rörelser som rovfisken lättare uppmärksammar.

Eftersom brunifierinen och även till viss del övergödningen av våra sjöar verkar vara en uppåtgående trend kan vi räkna med ytterligare försämrade siktförhållande i våra sjöar och vattendrag. Vidare konsekvenser på ekosystemnivå kan man räkna med eftersom förändrade konkurrensförhållanden och interaktioner mellan olika fiskar kommer att påverkas av den försämrade sikten. Man kan redan se att vissa arter är starkt negativt påverkade av försämrad sikt medan andra verkar gynnas. När förändringar i fisksamhället kan ses på en nivå, så som rovfisknivå, kan man räkna med vidare effekter på resten av ekosystemet eftersom hela sjöekosystemet är sammanlänkat. Nya strategier för att optimera utveckling, tillväxt och överlevnad tvingas fram hos fisken när sikten förändras. Så även i ett lugnt vatten kan stora förändringar ske. Dessa förändringar är inget som vi människor ser när vi bara skrapar lite på sjöytan, utan vi måste ner på djupet för att hitta svaret på vad som händer med fisken när sikten i våra sjöar ändras.

• author: Ranåker, Lynn
• supervisor: Christer Brönmark; Anders Nilsson
• opponent: Nurminen, Leena, University of Helsinki
• organization: Division aquatic ecology; BECC: Biodiversity and Ecosystem services in a Changing Climate
• publishing date: 2012
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: behaviour, brownification, freshwater ecosystems, growth, piscivore-prey fish interactions, selectivity, turbidity
• pages: 100 pages
• defense location: Blå Hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, Lund
• defense date: 2012-05-31 09:30:00
• ISBN: 978-91-7473-324-2
• language: English
• LU publication?: yes
• id: b41e38a2-7cfd-4537-b840-3e751609d2e0 (old id 2520947)
• date added to LUP: 2016-04-04 10:22:43
• date last changed: 2019-03-22 11:29:28