The threat from non indigenous species - ecosystem vulnerability, global distribution and co-occurrence with other major threats

Abstract

We live in a globalised world where people and goods travel large distances. Various species are brought along on these journeys, intentionally or as hitchhikers. Some of these species establish populations in regions to which they could not have spread without human assistance, and where they are considered to be non indigenous species (NIS). These species can affect the ecosystem in the recipient region by species interactions and altering abiotic factors. Only a small part of the introduced species will cause problems in the recipient region. However, a vast number are introduced, and NIS have become a matter of large concern since they can cause loss of biodiversity. To prevent damage with as little interference with other interests, e.g. trade, as possible, attempts to identify characteristics of invasive NIS, and ecosystems heavily invaded by these, have been made. Since impact from NIS is difficult to assess, many studies have instead focused on the abundance or rate of spread of invasive NIS. This can be misleading since other threats to indigenous species diversity can facilitate the spread of NIS. Introduced species can thus become abundant without actually having an impact on indigenous species. When trying to identify characteristics of recipient regions which make them vulnerable it is therefore important to assess the impact of NIS.

In this thesis I explore different aspect of ecosystem vulnerability to NIS. I have taken a global perspective and used data from global databases to derive methods to estimate vulnerability but I have also worked with regional data from ponds in southern Sweden. I found that species with small distribution ranges appear to be sensitive to NIS and ecosystems with many such species can be vulnerable. NIS on the other hand appear to have larger indigenous distribution ranges than species in general. I also investigated co-occurrence between the threat from NIS and other major threats against global biodiversity and the spatial distribution of elevated vulnerability to the different threats. The threat from NIS was associated with some, but not all, other threats. Species threatened by natural disasters or change in indigenous species dynamics were for example more likely to also be threatened by NIS than species in general. North America and Oceania appeared vulnerable to NIS but not to other threats, which other land regions were vulnerable to. South and Southeast Asia and Sub-Saharan Africa, both low in gross domestic product (GDP) per capita, where for example vulnerable to biological resource use. Europe was vulnerable to 5 of the 12 threats included, more than any other region, of which all were human induced and the vulnerability may be a consequence of high exposure due to the high population density and GDP per capita.

Abstract (Swedish)

Popular Abstract in Swedish

Främmande arter är sådana som introducerats med människans hjälp till områden de inte kan sprida sig till på egen hand. Om en introducerad art är framgångsrik och lyckas etablera och sprida sig i mottagarregionen kan den påverka de inhemska arterna genom predation, konkurrens, hybridisering, parasitism och förändring av habitat. Eftersom arterna i mottagarområdet inte har evolverat tillsammans med den främmande arten kan avsaknaden av anpassningar till dess strategier göra att den får stor påverkan. Lokalt kan mångfalden av arter i ett område öka p.g.a. introduktioner men den kan också minska om introduktionerna leder till utrotningar av inhemska arter. Även om den lokala mångfalden ökar så kan främmande arter minska den globala mångfalden då vissa arter ökar sina utbredningsområden medan andra trängs tillbaka eller utrotas helt.

Enligt en statistisk regel som verkar gälla för många olika taxa kan ungefär tio procent av de arter som introduceras etablera sig i det nya området. Av dessa kommer i sin tur ca tio procent att orsaka problem. För att kunna minska effekterna av främmande arter utan att begränsa t.ex. handel mellan regioner har man försökt hitta egenskaper som gör att man kan identifiera arter som har hög sannolikhet att bli invasiva. Det har dock visat sig vara en svår uppgift. Inom vissa taxonomiska grupper har man lyckats identifiera egenskaper som är vanligare bland invasiva arter, t.ex. verkar kort generationstid vara vanlig bland invasiva ryggradsdjur. Om en art är invasiv i andra områden är det också en indikation på att den kan komma att ställa till problem. Arter kan dock ha olika effekter i olika områden. Genom att koppla ihop art- och områdesegenskaper har man kunnat göra riskbedömningar av främmande arter. Man kan också fokusera enbart på mottagande områdens egenskaper och det är vad jag har gjort i den här avhandlingen. Om man kan hitta egenskaper som påverkar ett områdes sårbarhet kan man försöka hindra spridning av främmande arter till områden där sannolikheten för negativa effekter är stor.

Eftersom främmande arter transporteras av människan har områden med mycket utbyte med andra regioner, t.ex. genom handel eller turism, hög sannolikhet att drabbas. Regioner kan också vara olika känsliga. Isolerade områden som öar och sjöar har framhållits som extra känsliga för biologiska invasioner. Detta kan bero på att arter som evolverat under isolerade förhållanden har träffat på förhållande vis få nya arter och därmed saknar anpassningar som krävs för att kunna undgå predation eller vara effektiva konkurrenter. En annan anledning till varför isolerade områden skulle vara mer sårbara är att återkolonisering av arter som drabbats av nedgång är liten eller t.o.m. obefintlig. I uppsats I visar jag att öar med många endemiska (för området unika) arter har högre inre sårbarhet mot främmande arter. Med inre sårbarhet menar jag den del av påverkan som inte kan förklaras av skillnader i exponering. I uppsats III har jag undersökt om arter som är känsliga för främmande arter är jämnt fördelade mellan olika biogeografiska regioner. Vi fann då att avlägsna öar hade en stor andel av arter som hotas av främmande arter i förhållande till deras andel av den totala artpoolen i världen, vilket också tyder på att isolerade områden är mer känsliga. När jag undersökte de främmande arternas fördelning fann jag att de avlägsna öarna också hade en hög andel av dessa i förhållande till andelen arter totalt samt att de också fungerade som inhemska områden för en relativt stor del av de invasiva arterna i världen. Ett mindre effektivt resursutnyttjande på avlägsna öar som ofta är artfattiga har föreslagits underlätta etableringen av främmande arter. Att dessa öar också fungerar som inhemsk region för många annorstädes invasiva främmande arter var mer förvånande. En möjlig förklaring är att de arter som på egen hand lyckats ta sig till dessa öar till stor del är sådana med stora utbredningsområden och bra spridningspotential, egenskaper som också många invasiva arter tycks ha. Arter som har stora utbredningsområden har ofta också hög lokal abundans. Dessa egenskaper kan vara ett tecken på att arten har bra anpassningsförmåga och klarar att konkurrera med andra arter under varierande förhållanden. Arter med små utbredningsområden och som lokalt är mer sällsynta har troligtvis inte dessa egenskaper. I uppsats II testade jag vi om olika ekosystemegenskaper i dammar påverkar invasibiliteten (hur lätt det är för en ny art att etablera sig i ett område) och känsligheten i växtsamhällen för en koloniserande växtart, hornsärv (Ceratophyllun demersum). Resultatet tyder på att dammar med låg lokal förekomst hos växtarterna och hög näringstatus är lättare att kolonisera för hornsärven. Dammar med växter som i medeltal hade litet utbredningsområde över norra halvklotet förändrades mer efter introduktionen av hornsärv. Det krävs dock fler studier innan man kan säga något om hur generella dessa resultat är. Resultat från uppsats III visade att arter som hotas av främmande arter i snitt hade mindre utbredningsområden än arter generellt har. Arter som var främmande och invasiva någonstans i världen hade tvärtom större inhemska utbredningsområden.

Att arter som är bra på att anpassa sig till varierande förhållanden klarar sig bättre mot främmande arter verkar troligt och en sådan förmåga är kanske ännu viktigare då man väger in alla de andra förändringar som människan orsakar. Störning, som t.ex. betning, kan underlätta etableringen av främmande arter och förändringar i miljön kan försämra inhemska arters konkurrensförmåga. I uppsats IV har jag undersökt hur hotet från främmande arter samförekommer med andra hot mot den globala artrikedomen. Arter hotade av naturkatastrofer visade sig till stor del också vara hotade av främmande arter, kanske för att arter med små utbredningsområden är känsliga för båda dessa hot. Jag fann också en association mellan hot från inhemska och främmande predatorer, samt inhemska och främmande konkurrenter. Det tyder på att relationer mellan inhemska arter skulle kunna användas för att bättre kunna förutse effekter av introducerade arter. I uppsats III undersökte jag hur hotet från främmande arter var spritt över världen (efter att jag jämkat för skillnader i artrikedom) och eftersom det verkar finnas associationer med andra hot ville jag också ta reda på om dessa hade en likartad fördelning över jorden. Detta finns presenterat i uppsats V och resultaten tyder på att fördelningen över landområden skiljer sig väsentligt mellan olika hot. Hotet från främmande arter var störst i Oceanien som dock tillsammans med Karibiska öarna hade relativt få arter hotade av föroreningar. Dessa två hot var trots detta associerade enligt resultaten i uppsats IV. Europa hade en stor andel av arterna som hotas av föroreningar i förhållande till sin andel av totalantalet arter. De fattigaste landområdena, Sydostasien samt tropiska Afrika, bidrog med relativt många arter som hotas av biologiskt resursutnyttjande, såsom jakt och fiske, samt till arter som hotas av jordbruk. Dessa hot var mindre uttryckta i rikare delar av världen.

Tropiska Afrika har en liten andel av världens främmande arter i förhållande till sin artrikedom och det är inte många av de främmande och invasiva arterna i världen som är inhemska där i förhållande till andelen av totalantalet arter (uppsats III). Detta kan emellertid vara en chimär p.g.a. att forskning kring främmande arter är vanligare i rikare områden i världen. Om handel och transporter till och från tropiska Afrika har varit låg i förhållande till andra regioner skulle detta kunna vara en förklaring. Om det finns någon sanning i det senare påståendet kan tropiska Afrika vara en potentiellt stor framtida donator av främmande arter.

Sammanfattningsvis verkar arter med små utbredningsområden vara känsliga för främmande arter och områden med många sådana arter ha hög sårbarhet. Det finns associationer med hotet från främmande arter och andra hot, både naturliga och människoinducerade. Många frågor har väckts om vad som orsakar de mönster i sårbarhet för främmande arter och samförekomst av hot som framkommit i denna avhandling och jag diskuterar olika möjligheter. Ett sätt att gå vidare är att koppla ihop mönster i sårbarhet och samförekomst av hot med exponeringen av de olika hoten, både nutida och dåtida. Detta skulle kunna ge bättre förståelse av orsaksförhållandena bakom resultaten.

• author: Berglund, Helena
• supervisor: Göran Bengtsson; Johannes Järemo
• opponent: Professor emeritus Williamson, Mark, University of York
• organization: Biodiversity
• publishing date: 2009
• type: Thesis
• publication status: published
• subject: Ecology
• keywords: threats, distribution range, isolation, endemism, invasions, invaders, vulnerability, non indigenous species, rarity, threatened species
• pages: 100 pages
• defense location: Blå hallen, Ekologihuset, Sölvegatan 37, 22362 Lund
• defense date: 2009-09-25 10:00:00
• ISBN: 978-91-7105-301-5
• language: English
• LU publication?: yes
• additional info: The information about affiliations in this record was updated in December 2015. The record was previously connected to the following departments: Chemical Ecology/Ecotoxicology (Closed 2011) (011006020)
• id: 225a9aa3-ccc1-48e6-8787-917b2670a4a9 (old id 1469162)
• date added to LUP: 2016-04-04 13:22:49
• date last changed: 2018-11-21 21:13:34