Understanding how anthropogenic disturbances affect plant-pollinator systems has important implications for the conservation of biodiversity and ecosystem functioning. Previous laboratory studies show that pesticides and pathogens, which have been implicated in the rapid global decline of pollinators over recent years, can impair behavioral processes needed for pollinators to adaptively exploit floral resources and effectively transfer pollen among plants. However, the potential for these sublethal stressor effects on pollinator-plant interactions at the individual level to scale up into changes to the dynamics of wild plant and pollinator populations at the system level remains unclear. We developed an empirically parameterized agent-based model of a bumblebee pollination system called SimBee to test for effects of stressor-induced decreases in the memory capacity and information processing speed of individual foragers on bee abundance (scenario 1), plant diversity (scenario 2), and bee-plant system stability (scenario 3) over 20 virtual seasons. Modeling of a simple pollination network of a bumblebee and four co-flowering bee-pollinated plant species indicated that bee decline and plant species extinction events could occur when only 25% of the forager population showed cognitive impairment. Higher percentages of impairment caused 50% bee loss in just five virtual seasons and system-wide extinction events in less than 20 virtual seasons under some conditions. Plant species extinctions occurred regardless of bee population size, indicating that stressor-induced changes to pollinator behavior alone could drive species loss from plant communities. These findings indicate that sublethal stressor effects on pollinator behavioral mechanisms, although seemingly insignificant at the level of individuals, have the cumulative potential in principle to degrade plant-pollinator species interactions at the system level. Our work highlights the importance of an agent-based modeling approach for the identification and mitigation of anthropogenic impacts on plant-pollinator systems.
Aumento en el Modelado de los Impactos Antropogénicos de Polinizador Individual a Sistemas de Polinización Resumen El entendimiento de cómo las perturbaciones antropogénicas afectan a los sistemas planta-polinizador tiene consecuencias importantes para la conservación de la biodiversidad y el funcionamiento del ecosistema. Los estudios previos realizados en laboratorios muestran que los pesticidas y los patógenos, los cuales han estado implicados en la rápida declinación global de los polinizadores en los años recientes, pueden perjudicar los procesos de comportamiento necesarios para que los polinizadores exploten adaptativamente los recursos florales y transfieran de manera efectiva el polen entre las plantas. Sin embargo, todavía no está claro el potencial de que estos efectos estresantes subletales sobre las interacciones planta-polinizador a nivel individual escalen a cambios en las dinámicas de las plantas y las poblaciones silvestres de polinizadores a nivel de sistema. Desarrollamos un modelo basado en el agente y con parámetros empíricos para un sistema de polinización de abejorros llamado SimBee. Con él analizamos los efectos de las disminuciones inducidas por estresantes sobre la capacidad de memoria y la velocidad de procesamiento de información de los forrajeros individuales en la abundancia de abejas (escenario 1), diversidad de plantas (escenario 2) y la estabilidad en el sistema abeja-planta (escenario 3) durante 20 temporadas virtuales. El modelado de una red simple de polinización de un abejorro y cuatro especies de plantas con floración a la par y polinizadas por abejas indicó que la declinación de abejas y los eventos de extinción de plantas podrían ocurrir cuando sólo el 25% de la población forrajera muestra daños cognitivos. Los porcentajes más altos de daños cognitivos mostraron 50% de pérdida de abejas en sólo cinco temporadas virtuales y eventos de extinción en todo el sistema en <20 temporadas virtuales bajo algunas condiciones. La extinción de las especies de plantas ocurrió sin importar el tamaño poblacional de las abejas, lo que indica que los cambios inducidos por los estresantes tan sólo al comportamiento polinizador podrían resultar en la pérdida de especies dentro de las comunidades botánicas. Estos resultados indican que los efectos estresantes subletales en los mecanismos de comportamiento de los polinizadores, aunque parezcan insignificantes a nivel de individuo, tienen el potencial acumulativo, en principio, de degradar las interacciones entre especies de plantas y polinizadores a nivel de sistema. Nuestro trabajo resalta la importancia de una estrategia de modelado basado en el agente para la identificación y mitigación de los impactos antropogénicos sobre los sistemas planta-polinizador.
摘要理解人为干扰如何影响植物-传粉者系统对于保护生物多样性和生态系统功能具有重要意义。以往的实验室研究表明, 农药使用和病原体是近年来全球传粉者数量急剧下降的主要原因, 且会影响传粉者适应性利用植物资源和有效传粉的行为过程。然而, 目前尚不清楚这些亚致死胁迫在个体水平上对传粉者-植物相互作用的影响是否有潜力通过尺度放大来影响系统水平上野生植物和传粉者的种群动态。我们开发了一个经验参数化的基于主体的模型来模拟大黄蜂传粉系统 (SimBee), 并测试了 20 多个模拟季节中, 胁迫引起的个体觅食者记忆能力和信息处理速度下降对蜜蜂丰度)情景 1)、植物多样性)情景 2)和蜜蜂-植物系统稳定性)情景 3)的影响。对大黄蜂和四种同花传粉植物的简单传粉网络建模表明, 当 25%的觅食种群出现感知障碍时, 就可能发生蜜蜂数量减少和植物物种灭绝事件。在某些情况下, 较高的感知障碍率会导致仅在 5 个模拟季节内蜜蜂种群就丧失 50%, 在小于 20 个模拟季节内发生系统范围内的灭绝事件。植物的灭绝与蜜蜂种群大小无关, 这表明仅仅是胁迫引起的传粉者行为变化就可能导致植物群落中物种的消失。以上结果表明, 亚致死胁迫对传粉者行为机制的影响虽然在个体水平上不显著, 但可能在系统水平上具有降低植物-传粉者相互作用的累积效应。本研究凸显了基于主体的建模方法对于识别和减轻人类活动对植物传粉系统影响研究的重要性。【翻译: 胡怡思; 审校: 聂永刚】.
Keywords: abejorro; agent-based model; behavior; bumblebee; búsqueda de alimento; comportamiento; foraging; interacciones planta-polinizador; memoria; memory; modelo basado en el agente; plant-pollinator interactions; pollen transfer; simulación; simulation; transferencia de polen; 基于主体的模型; 大黄蜂; 植-传粉者相互作用; 模拟; 花粉转移; 行为; 觅食; 记忆.
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