Avian invasions: from basic to applied research

Abstract

La preocupació pels greus problemes ambientals i econòmics causats per les invasions biològiques ha provocat un enorme interès en tractar de comprendre els factors que influeixen en el procés invasiu. Aquesta informació és essencial per prevenir, avaluar i mitigar els impactes de les espècies invasores. En aquest context, aquesta tesi té dos objectius principals. El primer és descobrir què fa que una espècie tingui èxit en la invasió, i el segon investigar si aquests descobriments poden ser útils per prevenir els impactes dels invasors. Aquesta tesi explora aquestes qüestions utilitzant les aus com a objecte d'estudi. Per entendre per què hi ha espècies exòtiques que, tot i començar amb poblacions sovint petites i genèticament empobrides, arriben a vegades a establir-se en ambients on no havien tingut oportunitat d’adaptar-se, sovint s’invoca que les espècies bones invasores tenen adaptacions que els permeten superar aquests problemes. La teoria ecològica proposa que una d’aquestes adaptacions haurien de ser les històries de vida. Les característiques de les espècies relacionades amb la reproducció i la supervivència haurien de jugar un paper destacat en disminuir el risc d’extinció per factors estocàstics just després de la introducció. Els resultats indiquen que els bons invasors es caracteritzen per donar prioritat a la reproducció futura en lloc de la actual, segurament perquè un gran èxit en la reproducció en el futur redueix els costos d'un fracàs reproductiu en condicions d'incertesa i augmenta les oportunitats per explorar i respondre a les pressions ambientals noves. A més, les espècies exòtiques haurien de tenir adaptacions que els permetin trobar un nínxol ecològic apropiat on sobreviure i prosperar, per evitar l’extinció per creixement poblacional negatiu. Aquest nínxol no només ha d’incloure els recursos necessaris, però també pocs competidors i enemics. La teoria suggereix dues formes de trobar aquest nínxol: o les espècies invasores són capaces de desplaçar competitivament les espècies natives dels seus nínxols, o bé els invasors són oportunistes i troben nínxols ecològics desaprofitats. En aquesta tesi la importància relativa d’aquestes dues hipòtesis s’ha contrastat mitjançant l’estudi de l’invasió del Rossinyol del Japó (Leiothrix lutea) a la serra de Collserola. L'invasor s'ha establit amb relativament poca resistència de les espècies natives, el que reflecteix la seva naturalesa oportunista i generalista i que els seus requeriments ecològics estaven poc representats en la comunitat nativa. No obstant, durant el període d’expansió de l’invasor s’ha detectat la disminució d’una espècie nativa ecològicament similar, presumiblement deguda a desplaçament competitiu. Aquests resultats mostren que les dues hipòtesis no són mútuament exclusives, sinó que conjuntament poden ajudar a millorar la comprensió de les invasions. Finalment, aquesta tesi planteja si és possible utilitzar les característiques proposades d’estar relacionades amb l’èxit invasor per desenvolupar una metodologia per detectar les espècies potencialment invasores i així poder evitar futurs problemes. Els resultats indiquen que l’èxit invasor pot ser predit per la mida de la població fundadora, l'ús de l'hàbitat, la mida del cervell i la capacitat de les espècies de prioritzar la reproducció futura. Tot i que són poques característiques, els models generats van predir la probabilitat d'èxit de l'establiment de les aus a Europa i Austràlia, amb una precisió molt alta. Així doncs, es demostra que fer avaluacions de risc basades en les característiques relacionades amb l'èxit de l'establiment és difícil, però possible, i proporcionen una eina útil per orientar les estratègies de prevenció destinades a mitigar els impactes d'espècies invasores. Tot i així, aquesta tesi també demostra que per ser del tot efectives cal que aquestes metodologies siguin implementades realment en les polítiques de gestió ambiental si de debò volem evitar un futur dominat per les espècies invasores.

Serious concern for environmental and economic problems caused by biological invasions has caused a huge interest in trying to understand the factors that influence the invasive process. This information is essential to prevent, assess, and mitigate the impacts of invasive species. In this context, this thesis has two main goals. The first is to ask what makes a species a successful invader, and second to investigate whether this information can be useful for preventing the impact of the invaders. This thesis explores these questions using birds as the object of study. To understand why exotic species, whose initial populations are generally small and genetically depleted, can sometimes succeed to establish themselves in environments to which they have had no opportunity to adapt it has often been invoked that successful invaders have adaptations that allow them to overcome these problems. Ecological theory suggests that life histories should be part of these adaptations. The characteristics of the species related to reproduction and survival should play an important role in reducing the risk of extinction by stochastic factors at the initial stages of the invasion process. The results indicate that successful invaders are characterized by prioritizing future over current reproduction, probably because a great success in reproducing in the future reduces the cost of reproductive failure under conditions of uncertainty and increases the opportunities to explore and respond to new environmental pressures. In addition, alien species should have adaptations to find an appropriate niche to survive in and prosper, to avoid extinction by negative population growth. This niche should include not only necessary resources, but also few competitors and enemies. Theory suggests two ways to achieve this niche: or invasive species are competitively superior and displace native species from their current niches, or invaders are opportunistic and have the ability to find unused ecological niches. In this thesis the relative importance of these two hypotheses has been contrasted trough the study of the invasion of the Red-billed Leiothrix (Leiothrix lutea) in the Collserola forest reserve. The invader established with relatively little resistance from the native species, reflecting its generalist and opportunistic nature and that its ecological requirements were underrepresented in the native community. However, there has been a decline of a native species ecologically similar to the invader during the period of expansion, presumably due to competitive displacement. These results show that both hypotheses are not mutually exclusive, but taken together can help to better understand of the establishment process. Finally, this thesis asks whether it is possible to use the species features proposed to be related to the invasive success to develop a methodology to detect potentially invasive species and, thus, to be able avoid future problems. The results show that invasive success can be predicted by the founder population size, habitat use, brain size, and the ability of species to prioritize future reproduction. Although there are few traits, the models predicted the probability of successful establishment for birds in Europe and Australia with high accuracy. Therefore, it is demonstrated that risk assessments based on characteristics related to the success of the establishment are difficult but feasible and provide a useful tool for guiding preventive polices aimed at mitigating the impact of invasive species. However, this thesis also shows that, to be fully effective, these methods have indeed to be applied in the environmental management policies if we really want to avoid a future dominated by invasive species.