Modeling evolution of pests and predators in an agricultural landscape
(2021) BIOM02 20202Degree Projects in Biology
- Abstract
- Biological control is a form of agricultural practice, where a pest’s natural predators are introduced or favored in the agricultural landscape to increase predation on the pests. This increase in predation is beneficial for production but can also drive co-evolutionary adaptation and even diversification within the pest communities which, in turn, may lead to predator responses and diversification. Knowledge of the processes that drive pest and predator diversity is essential for effective biological control, but it remains undetermined whether predator-diversification happens as a response to already diversified pests or if co-evolution drives both pest and predator diversification. This project aims to investigate major eco-evolutionary... (More)
- Biological control is a form of agricultural practice, where a pest’s natural predators are introduced or favored in the agricultural landscape to increase predation on the pests. This increase in predation is beneficial for production but can also drive co-evolutionary adaptation and even diversification within the pest communities which, in turn, may lead to predator responses and diversification. Knowledge of the processes that drive pest and predator diversity is essential for effective biological control, but it remains undetermined whether predator-diversification happens as a response to already diversified pests or if co-evolution drives both pest and predator diversification. This project aims to investigate major eco-evolutionary mechanisms, such as niche width of both pest and predator, competition for common resources, and predation, that may drive pest-diversification in an agricultural landscape. Furthermore, the project aims to study how pest-diversification affects predator-diversification. An eco-evolutionary trait-based model is developed to simulate population abundance, adaptation, and diversification of pests and natural predators. Results show that an increase in pest niche width affects pest diversity negatively. While an increase in predation or competition between predators affects both pest and predator diversity negatively. As expected, pests diversify first and the predators diversify as a response to the lack of prey within their original niche. These results are important for further studies that aim to determine the complex evolutionary interactions within and between populations, which, in turn, can improve the effectiveness of agricultural practices and thus increase agricultural production. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Evolution av skadeinsekter och deras naturliga fiender
Dagens jordbruk kan använda sig av biologisk kontroll som ett alternativ till kemiska bekämpningsmedel. Naturliga fiender till skadeinsekter introduceras då i jordbrukslandskapet för att begränsa skadeinsekterna. Kunskap om hur skadeinsekter anpassar sig över tid kan vara avgörande för hur effektiv biologisk kontroll är. En generell teoretisk modell utformades därför för att undersöka anpassning och diversifiering av skadeinsekter och deras naturliga fiender.
Modellen antar initialt en skadedjurspopulation och en rovdjurspopulation i ett habitat. Populationerna tillåts mutera och kan under vissa omständigheter diversifiera till flera olika populationer. Diversifieringen drivs av... (More) - Evolution av skadeinsekter och deras naturliga fiender
Dagens jordbruk kan använda sig av biologisk kontroll som ett alternativ till kemiska bekämpningsmedel. Naturliga fiender till skadeinsekter introduceras då i jordbrukslandskapet för att begränsa skadeinsekterna. Kunskap om hur skadeinsekter anpassar sig över tid kan vara avgörande för hur effektiv biologisk kontroll är. En generell teoretisk modell utformades därför för att undersöka anpassning och diversifiering av skadeinsekter och deras naturliga fiender.
Modellen antar initialt en skadedjurspopulation och en rovdjurspopulation i ett habitat. Populationerna tillåts mutera och kan under vissa omständigheter diversifiera till flera olika populationer. Diversifieringen drivs av ekologiska interaktioner inom- och mellan populationer. Hur starka dessa interaktioner (t.ex. konkurrens om gemensamma resurser eller predator-bytes interaktioner) beror på populationers specialisering (nischbredd) och resursrelaterade egenskaper.
För att undersöka hur skadeinsekters differentiering påverkas, modellerades fyra olika scenarion med variation i populationers konkurrens och predation. Det första scenariot undersökte hur nischbredd och därför styrkan på konkurrensen hos skadeinsekter påverkar deras mångfald. I detta scenario uteslöts naturliga fiender från modellen. Skadeinsekternas nischbredd varierades för att avgöra hur specialist och generalist insekter, som konkurrerar om gemensamma resurser, differentieras genom att dela upp tillgängligt nischutrymme (Fig. 1). Simuleringarna visade att att en snäv nischbredd (specialist populationer) leder generellt till en ökad mångfald (Fig. 1).
Det andra scenariot undersökte hur mångfalden påverkades av introduktionen av naturliga fiender och därmed predation. De naturliga fiendernas nischbredd varierades, medan skadeinsekternas nischbredd sattes konstant. De naturliga fiendernas nischbredd påverkade skadeinsekternas populationsstorlekar, men inte deras mångfald. Det tredje scenariot utfördes på samma sätt som scenario 2, men modellerade ökad konkurrens mellan de naturliga fienderna. Den ökade konkurrensen ledde till minskad mångfald för både skadeinsekter och deras naturliga fiender. I det sista scenariot ökades istället predationen. Nischbredderna för både skadeinsekter och deras naturliga fiender var konstanta i detta scenariot. Både skadeinsekternas populationsstorlekar och mångfald minskade då predationen ökade.
Resultaten kan användas för att förbättra användningen av biologisk kontroll inom jordbruket genom att introducera naturliga fiender som är väl anpassade för att predera på en skadeinsekt.
Masterexamensprojekt i Biologi, 30 hp, 2021
Biologiska institutionen, Lunds Universitet
Handledare: Mikael Pontarp, Evolutionär ekologi, Lunds Universitet (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/9041707
- author
- Jönsson, Viktor
- supervisor
- organization
- course
- BIOM02 20202
- year
- 2021
- type
- H2 - Master's Degree (Two Years)
- subject
- language
- English
- id
- 9041707
- date added to LUP
- 2021-03-11 14:30:22
- date last changed
- 2021-03-11 14:30:22
@misc{9041707,
abstract = {{Biological control is a form of agricultural practice, where a pest’s natural predators are introduced or favored in the agricultural landscape to increase predation on the pests. This increase in predation is beneficial for production but can also drive co-evolutionary adaptation and even diversification within the pest communities which, in turn, may lead to predator responses and diversification. Knowledge of the processes that drive pest and predator diversity is essential for effective biological control, but it remains undetermined whether predator-diversification happens as a response to already diversified pests or if co-evolution drives both pest and predator diversification. This project aims to investigate major eco-evolutionary mechanisms, such as niche width of both pest and predator, competition for common resources, and predation, that may drive pest-diversification in an agricultural landscape. Furthermore, the project aims to study how pest-diversification affects predator-diversification. An eco-evolutionary trait-based model is developed to simulate population abundance, adaptation, and diversification of pests and natural predators. Results show that an increase in pest niche width affects pest diversity negatively. While an increase in predation or competition between predators affects both pest and predator diversity negatively. As expected, pests diversify first and the predators diversify as a response to the lack of prey within their original niche. These results are important for further studies that aim to determine the complex evolutionary interactions within and between populations, which, in turn, can improve the effectiveness of agricultural practices and thus increase agricultural production.}},
author = {{Jönsson, Viktor}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{Modeling evolution of pests and predators in an agricultural landscape}},
year = {{2021}},
}