Bottom-up and top-down effects in a pre-dispersal seed predation system: are non-predated seeds damaged?

Seed predators that severely affect seed germination rates are well known for many plant species. Here, we hypothesised that due to differences in resource allocation within fruits, seed predation can negatively affect non-predated seeds in infested fruits when predation occurs during fruit maturation (a ‘top-down’ effect). We addressed this question using a system of bruchid beetles on Mimosa trees and we also investigated whether seed quality (nitrogen concentration) affects beetle body mass, which would have implications for adult fitness (‘bottom-up’ effect). To assess spatial variation, bottom-up and top-down effects were investigated in two plant populations. Nitrogen concentration was significantly higher in seeds from non-infested fruits than from infested fruits. This supports the hypothesis that resource allocation may differ between seeds from infested and non-infested fruits. Germination experiments showed that seeds from non-infested fruits germinated better than non-predated seeds from infested fruits. It was also confirmed that seed quality affected bruchid body mass. There was also evidence that more resources were taken from well-developed seeds. These results showed that seed predation can damage non-predated seeds.

ZusammenfassungSamenprädatoren, welche die Keimungsrate der Samen ernsthaft beeinflussen, sind für mindestens 32 Pflanzenarten bekannt. Hier stellen wir die Hypothese auf, dass aufgrund von Unterschieden in der Ressourcenallokation innerhalb der Früchte die Samenprädation die nicht genutzten Samen in befallenen Früchten negativ beeinflussen kann, wenn die Prädation während der Fruchtreife (ein “top-down"-Effekt) stattfindet. Wir versuchten die Frage zu klären, indem wir das System Samenkäfer auf Mimosenbäumen nutzten und untersuchten ob die Samenqualität (Stickstoffkonzentration) die Körpermasse der Käfer beeinflusst, was Auswirkungen auf die Fitness der Käfer hätte (“bottom-up”-Effekt). Um die räumliche Variation abzuschätzen wurden die “bottom-up”- und “top-down”-Effekte in zwei Pflanzenpopulationen untersucht. Die Stickstoffkonzentration war in den Samen von nicht befallenen Früchten signifikant höher als in Samen von befallenen Früchten. Dies stützt die Hypothese, dass sich die Ressourcenallokation zwischen den Samen von befallenen und nicht befallen Früchten unterscheidet. Keimungsexperimente zeigten, dass die Samen von nicht befallenen Früchten besser keimten als unbeschädigte Samen aus befallenen Früchten. Es wurde ebenfalls bestätigt, dass die Samenqualität einen Einfluss auf die Körpermasse der Samenkäfer hat. Es gab auch Beweise dafür, dass mehr Ressourcen aus gut entwickelten Samen entnommen wurden. Diese Ergebnisse zeigen, dass Samenprädation nicht genutzte Samen beschädigen kann.