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JoVE Journal Biology
Linking Predation Risk, Herbivore Physiological Stress and Microbial Decomposition of Plant Litter

Lier le risque de prédation, stress physiologique et Herbivore décomposition microbienne de la litière végétale

Full Text
14,048 Views
10:20 min
March 12, 2013

DOI: 10.3791/50061-v

Oswald J. Schmitz1, Mark A. Bradford1, Michael S. Strickland1,2, Dror Hawlena3

1School of Forestry and Environmental Studies,Yale University, 2Department of Biological Sciences,Virginia Tech, 3Department of Ecology, Evolution and Behavior,The Hebrew University of Jerusalem

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Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study investigates how predation risk affects the chemical composition of herbivore prey and subsequently influences the decomposition of their carcasses. By examining the dietary changes in stressed herbivores, the research highlights the implications for soil microbial activity and nutrient cycling.

Key Study Components

Area of Science

  • Ecology
  • Soil Microbiology
  • Animal Behavior

Background

  • Predation risk can induce stress in herbivores, altering their chemical makeup.
  • Carcasses of stressed herbivores may affect soil microbial processes.
  • Understanding these interactions is crucial for ecosystem nutrient cycling.
  • Previous studies have shown that herbivore inputs can significantly influence soil dynamics.

Purpose of Study

  • To evaluate the impact of predation stress on herbivore chemical composition.
  • To assess how these changes affect the decomposition rates of carcasses.
  • To explore the broader implications for nutrient cycling in various ecosystems.

Methods Used

  • Experimental rearing of grasshoppers under predation risk and control conditions.
  • Analysis of metabolic states and body chemical composition post-sacrifice.
  • Monitoring decomposition rates of carcasses and associated plant litter.
  • Use of mesocosms to control environmental variables and measure microbial activity.

Main Results

  • Predation stress led to significant changes in the chemical composition of herbivores.
  • Decomposition rates of carcasses were influenced by the herbivores' stress levels.
  • Soil microbial respiration was affected by the chemical quality of the decomposing carcasses.
  • The findings suggest that even low-abundance herbivores can have substantial ecological impacts.

Conclusions

  • Predation risk alters herbivore chemistry, affecting ecosystem processes.
  • Understanding these dynamics is essential for predicting nutrient cycling in grassland ecosystems.
  • The methods developed can be applied to various ecosystems beyond the study site.

Frequently Asked Questions

What is the main focus of this study?
The study focuses on how predation risk alters the chemical quality of herbivore prey and its effects on carcass decomposition.
How does predation stress affect herbivores?
Predation stress induces dietary changes in herbivores, impacting their chemical composition.
What methods were used to assess decomposition rates?
The study used mesocosms to monitor the decomposition rates of grasshopper carcasses and associated plant litter.
What are the implications of this research?
The findings highlight the role of herbivores in nutrient cycling and ecosystem dynamics, even at low abundances.
Can the methods be applied to other ecosystems?
Yes, the methods are applicable to various grassland systems and can help understand nutrient cycling in those environments.

Nous présentons les méthodes pour évaluer le risque de prédation peut altérer la qualité chimique des proies herbivores en induisant des changements alimentaires pour répondre aux besoins de stress accru, et comment la décomposition des carcasses de ces herbivores stress ralentit après décomposition de la litière végétale par les microbes du sol.

L’objectif général de cette procédure est de déterminer comment le taux de décomposition de la matière organique est influencé par la composition chimique corporelle des carcasses d’animaux à la suite du stress causé par la prédation. Pour ce faire, on crée d’abord des conditions d’élevage expérimentales qui soumettent les proies au stress du risque de prédation sur le terrain et à des conditions de contrôle sans risque. La deuxième étape consiste à collecter les sauterelles des traitements expérimentaux et, après vérification de leur état métabolique à l’aide de la respiration, à les sacrifier pour l’analyse du contenu chimique isotopique du corps en laboratoire et pour les processus de décomposition d’amorçage sur le terrain.

Ensuite, les carcasses de sauterelles sont placées dans des parcelles fermées et laissées à se décomposer pendant 40 jours. Dans le même temps, les plantes à l’intérieur des mésocosmes sont marquées avec du dioxyde de carbone 13. L’herbe est ensuite récoltée dans ces mésocosmes environ 10 jours avant la fin de la décomposition de la carcasse de sauterelle de 40 jours pour le séchage à l’air.

L’herbe séchée est ensuite placée dans l’enclos au bout de 40 jours. La dernière étape consiste à surveiller le taux de décomposition de la litière d’herbe in situ pendant 75 jours en suivant à la fois la respiration du sol et la respiration du dioxyde de carbone 13 à l’aide d’une technique de chambre à flux traversant impliquant un spectroscope à anneau de cavité piro. En fin de compte, ces méthodes quantifient comment les changements chimiques dans le corps des herbivores stressés par la prédation peuvent réguler le taux de décomposition par les microbes dans le bassin du sol.

Cela montre que même les animaux peu abondants peuvent néanmoins avoir des effets multiplicateurs importants. Dans les écosystèmes, cependant, la méthode dont nous parlons aujourd’hui est applicable dans cet ancien écosystème de terrain. Il s’applique plus largement à d’autres systèmes de prairies comme les savanes africaines ou les prairies du parc national de Yellowstone, où vous obtenez souvent beaucoup de carcasses d’herbivores dans le sol et la décomposition de cette carcasse peut influencer de manière importante.

Le cycle des nutriments de l’écosystème que vous voyez dans ces endroits, ces mésocosmes fermés circulaires de 0,5 mètre sont utilisés pour prévenir l’immigration ou l’immigration d’espèces animales. Chaque cage mes Cosm est construite à partir de 2,4 mètres de long, d’une clôture en aluminium grillagée d’un quart de pouce de haut, recouverte d’un écran en aluminium de 2,5 mètres de long. Placez la cage dans le sol du champ en creusant une tranchée de 10 centimètres de profondeur sur quatre centimètres de large autour de la base de la cage.

Ensuite, enfoncez la cage dans la tranchée à une profondeur de 10 centimètres et tassez le so de la tranchée autour du soleil. Agrafez une partie d’un morceau circulaire de moustiquaire au sommet de la cage méso-cosme. Les mésocosmes doivent être disposés selon un plan expérimental apparié répété sur le terrain, l’emplacement de la parcelle doit être choisi pour correspondre à l’identité de l’espèce végétale et à la couverture végétale relative.

À l’aide d’un filet fauchoir, recueillez les secondes nymphes de sauterelles étoilées et stockez-les dans les mésocosmes à des densités de champ. Ensuite, utilisez un filet fauchoir pour capturer les individus d’une position dominante et chasser, et non pas tisser des toiles d’espèces prédatrices d’araignées. Après avoir utilisé du ciment à séchage rapide pour coller la mine d’araignées, stockez les araignées à des densités de champ jusqu’à un méso cosme de chaque paire.

Ce sera le traitement du stress les mésocosmes sans araignées sera le traitement sans stress après la sauterelle. Les nymphes ont été développées jusqu’aux quatrième et cinquième stades stades de l’humanité. Prélevez tous les individus des cages et attribuez au hasard les individus de chaque cage à l’un des trois groupes d’essai subséquents.

Validation du premier groupe du stress physiologique. État du groupe deux, validation du changement de la stœchiométrie élémentaire du corps et du groupe trois de la décomposition microbienne pour mesurer la décomposition microbienne. Placez des paires de colliers en PVC répliquées sur le terrain.

Enlevez toute la végétation à l’intérieur de chaque collet en coupant à la surface du sol. De plus, installez un ensemble de colliers en PVC sur le site pour agir comme des contrôles de l’abondance naturelle du carbone 13 auxquels ni sauterelles ni litière d’herbe ne sont ajoutées. Ensuite, à une couleur dans chaque paire, ajoutez une carcasse intacte et lyophilisée d’une sauterelle élevée avec un risque de prédateur comme décrit précédemment, à l’aide de cages de terrain, assurez-vous d’enregistrer la biomasse ajoutée à l’autre collier.

Dans chaque paire, ajoutez deux carcasses intactes lyophilisées élevées sans risque de prédateur. Encore une fois, enregistrement de la biomasse ajoutée. Couvrez les colliers en PVC avec la moustiquaire pour empêcher les sauterelles d’être retirées des parcelles par les charognards et laissez les carcasses de sauterelles se décomposer pendant 40 jours.

Pendant ce temps, étiquetez la litière d’herbe avec du carbone 13 en enfonçant d’abord un cadre en bois carré de 60 centimètres sur 60 centimètres avec un joint en caoutchouc recouvert de graisse silicone à cinq centimètres dans le sol. Glissez ensuite une chambre en plexiglas transparent avec une soupape d’entrée et de sortie sur le dessus du cadre en bois afin que le caoutchouc scelle la base de la formeuse de la chambre, les stations de mesure centrales à tous les parcelles contenant des couleurs PVC. Fixation ventale de l’instrument de spectroscopie de l’anneau de cavité une semaine après l’étiquetage au carbone 13 comme décrit dans le protocole de texte, à l’aide d’un spectromètre de masse à rapport isotopique thermo delta plus isotope ou similaire pour comparer le carbone delta 13 de la litière d’herbe avec les valeurs d’abondance naturelle recueillies à partir d’un échantillon aléatoire d’espèces de graminées identiques environ 10 jours avant la fin de la décomposition de la carcasse d’herbe d’aper de 40 jours. Séchage à l’air libre après 40 jours.

10 grammes de carbone séché à l’air, 13 litières d’herbe étiquetées de chaque couleur qui avaient été préalablement modifiées avec des carcasses de sauterelles. Surveillez le taux de minéralisation de la litière d’herbe in situ pendant 75 jours en coiffant d’abord chaque couleur et en suivant à la fois la respiration totale du sol et la respiration du dioxyde de carbone 13 à l’aide d’une technique de chambre d’écoulement. Les échantillons de gaz de chaque couleur sont surveillés en temps réel toutes les huit minutes à l’aide d’un anneau de cavité de piro, la spectroscopie de cavité de spectroscope permet le suivi simultané du carbone 13 total et delta de la respiration du sol.

Estimer la contribution de la litière d’herbe marquée au carbone 13 à la respiration totale du sol à l’aide d’équations de mélange isotopique. Selon les instructions du protocole textuel, ce graphique montre le taux métabolique standard des herbivores par rapport à la masse corporelle des herbivores. Les données sont divisées en deux classes selon le traitement expérimental, les sauterelles provenant de mésocosmes contenant des prédateurs pour induire un stress et contrôler les mésocosmes sans prédateurs et donc aucun stress induit en raison des différences de masse corporelle entre les sauterelles individuelles et le fait que le taux métabolique varie avec les graphiques de masse corporelle devraient présenter les taux métaboliques par rapport à la masse corporelle des sauterelles.

Des tendances parallèles pour les différents traitements indiquent que le taux métabolique augmente en tant que multiple constant du taux métabolique standard IE. Il n’y a pas d’interaction entre la masse corporelle et le taux métabolique pour tous les individus stressés, le corps de sauterelle, les teneurs en carbone et en éléments azotés dans des conditions à risque et sans risque sont présentées dans ce tableau. Il convient de noter qu’il y a une très petite différence de 4 % dans les rapports carbone/azote corporel entre les traitements. Néanmoins, ces petites différences peuvent se traduire par de grandes différences dans la décomposition de la litière d’herbe par le pool microbien du sol.

Ces courbes montrent la libération cumulative de CO2 par le pool microbien lors de la décomposition des entrées expérimentales de litière d’herbe dans des valeurs tracées en couleurs PVC, une moyenne plus moins une erreur standard. La greffe démontre que les sols sont amorcés par le stress. Carcasses de sauterelles C’est-à-dire que la situation des prédateurs entraîne des taux de décomposition de la litière végétale inférieurs de 19 % à ceux des sols témoins amorcés avec des carcasses de sauterelles sans stress.

La méthode peut nous aider à répondre à des questions clés en matière d’écosystème, d’écologie et de biogéochimie en nous permettant de retracer le carbone contenu dans les feuilles des plantes dans différents bassins de sol, et nous permet également de suivre le devenir des nutriments de ces bassins dans les parties aériennes des plantes.

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