Extinction and invasion do not add up in noisy dynamic ecological networks

Species extinction and invasion concurrently affect the composition and properties of ecological communities, yet their effects have largely been studied separately, and with more focus on species and ecological functional groups than the whole-community level. We adopted a dynamic ecological network approach to compare the effects of simultaneous single-species primary extinction and invasion on a set of ecosystem metrics to the effects of extinction and invasion in isolation. We also investigated the relationship between the impact and reversibility of extinction or invasion through reintroduction or eradication, respectively. We used Monte Carlo simulations of bioenergetic ecological network models that combined trophic and mutualistic interactions, contained either prey-dependent or ratio-dependent trophic functional responses, and incorporated either white or pink environmental stochasticity. As the separate extinction or invasion impact increased, the simultaneous extinction–invasion impact increased but was decreasingly additive of the two separate impacts, across all ecosystem metrics. Greater extinction or invasion impact was associated with lower reversibility for most model types and ecosystem metrics. There were also systematic differences between models with prey- and ratio-dependent functional responses. These results highlight the importance of considering the combined effects of extinction and invasion in ecological studies, management and restoration.

ZusammenfassungExtinktion und Invasion von Arten beeinflussen die Zusammensetzung und die Eigenschaften von ökologischen Gemeinschaften, aber ihre Effekte sind meist getrennt untersucht worden, und eher mit einer Fokussierung auf Arten oder funktionelle Gruppen denn auf die Ebene der Gesamtgemeinschaft. Wir untersuchten dynamische ökologische Netzwerke, um die Effekte von gleichzeitigen Ein-Arten-Aussterbe- und Einwanderungsereignissen auf eine Reihe von Ökosystem-Parameter mit den isolierten Effekten von Extinktion und Invasion zu vergleichen. Wir untersuchten auch die Beziehung zwischen Auswirkung und der Reversibilität eines Aussterbe- oder Einwanderungsereignisses durch Wiedereinführung bzw. Ausmerzung. Wir benutzten Monte-Carlo-Simulationen von bioenergetischen ökologischen Netzwerkmodellen, die trophische und mutualistische Interaktionen verbanden, entweder Beute-abhängige oder Verhältnis-abhängige tophische funktionelle Reaktionen enthielten, und entweder weißes oder rosa Umweltrauschen einbezogen. Wenn der isolierte Extinktions- bzw. Invasionseffekt zunahm, nahm auch der simultane Extinktion/Invasionseffekt zu, dessen Additivität aus den beiden Einzeleffekten aber abnahm. Dies galt für alle Ökosystem-Parameter. Bei den meisten Modellen und Ökosystem-Parametern waren größere Effekte von Aussterben und Einwanderung mit geringerer Reversibilität verbunden. Es gab auch systematische Unterschiede zwischen Modellen mit Beute- und Verhältnis-abhängigen funktionellen Reaktionen. Diese Ergebnisse unterstreichen, dass es wichtig ist, die kombinierten Effekte von Extinktion und Invasion bei ökologischen Untersuchungen, Management und Renaturierung zu berücksichtigen.