Role and consequences of fish diversity in the functioning of African freshwater ecosystems: a review

Synthèse sur le rôle et les conséquences de la diversité piscicole dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques continentaux africains

ORSTOM, 213, rue La Fayette, 75480 Paris Cedex 10, France

Received: 6 June 1994
Accepted: 7 October 1994

Abstract

The need for a better understanding of the role of biodiversity in the functioning of aquatic ecosystems has been raised recently by several authors. If the question is not entirely new, its formulation is. It is therefore the opportunity to re-examine the pool of data already available in order to discuss some results that may be relevant for that purpose, while some major ecological questions have been identified. The top-down view argues that the effects of fish predation cascade down the trophic chain and are responsible for controlling the state of the entire ecosystem. The influence of fish predation on prey assemblages (prey selection, ontogenic shift) has been fairly well documented by various studies of African fish. They are also challenging subjects for studies of resource partitioning, a well documented example being given by zooplanktivores in Lake Turkana. The principle of cascading trophic interactions has been documented in Lake Victoria, after the introduction of a top predator, Lates niloticus. Another striking example is that of Lake Nakuru where the introduction of a tilapiine resulted in a substantial increase of bird diversity, by the extension of the food chain to fish-eating birds. This introduced tilapiine may be considered as a keystone species, but this concept is questioned. A possible origin of fish biodiversity is adaptive radiation, that is to say the differentiation of species in morphology and resource use through competition. The cichlid flocks of the African Great Lakes where hundreds of rather similar species coexist, provide one of the best known examples of adaptive radiation. The question of niche overlap and functional redundancy has been raised and various studies have been conducted in the East African Lakes. The role of rare species has also been questioned. They may provide an insurance of ecosystem stability, which means that the more stable ecosystems in terms of key functions are those richest in species. In fact, in many large Nilo-Sudan river basins, there are apparently several groups of species which are able to replace the current assemblage when it experiences new ecological situations. Finally, the question has been raised as to what extent patterns of biodiversity are important for ecosystem productivity. The cornparison of data for four African lakes shows no relationship between fish diversity and fishery production, and species richness does not appear to be a major determinant of basic production trends. At present we have only anecdotal, sometimes controversial, evidence of the role of fish diversity on the functioning of African freshwater ecosystems. We need to improve this knowledge on the importance of biodiversity in order to convince decision-makers that fish biodiversity needs protection.

Résumé

La nécessité de mieux comprendre le rôle de la biodiversité dans le fonctionnement des écosystèmes aquatiques a été soulignée récemment par de nombreux auteurs. Ce n'est pas tellement la question mais plutôt la manière de la formuler qui est originale. Dans la mesure où de nouvelles problématiques ont été identifiés par les écologistes, il est bon de ré-examiner l'ensemble des données déjà disponibles afin de rechercher des informations qui pourraient contribuer à la réflexion. L'approche hiérarchique descendante suppose que les effets de la prédation par les poissons se transmettent en cascade le long de la chaîne trophique et contrôlent ainsi l'état de lécosystème dans son entier. L'influence de la prédation sur les communautés de proies (sélection des proies, changements de préférence alimentaire en cours de développement) est assez bien documentée par plusieurs études sur les poissons africains. Ces données peuvent également servir de support aux discussions concernant le partage des ressources, dont un exemple bien connu est celui des poissons zooplanctophages du lac Turkana. La théorie des cascades trophiques a été vérifiée dans le lac Victoria après l'introduction du grand prédateur Lates niloticus. Un autre exemple remarquable est celui du lac Nakuru où l'introduction d'un tilapia a permis une augmentation substantielle de la richesse en oiseaux, par l'extension de la chaîne trophique aux oiseaux ichtyophages. Ce tipalia introduit peut être considéré comme une espèce clé de voûte, mais ce concept est discuté. Une origine possible de la diversité piscicole est la radiation adaptative, c'est-à-dire la différentiation des espèces du point de vue morphologique résultant de la compétition pour l'utilisation des ressources. Les foules d'espèces de Cichlidés des grands lacs africains, où des centaines d'espèces assez proches coexistent, fournit un des exemples les plus remarquables de radiation adaptative. Le problème du recouvrement des niches écologiques et de la redondance fonctionnelle a été discuté à la lumière de nombreux travaux qui ont été réalisés dans les grands lacs d'Afrique orientale. La question du rôle des espèces rares a également été soulevée. Elles peuvent représenter une assurance de stabilité pour les écosystèmes, ce qui signifierait que les écosystèmes les plus stables en terme de fonctions essentielles, sont ceux qui ont la plus grande richesse spécifique. En réalité il semble exister plusieurs groupes d'espèces de poissons dans les bassins nilo-soudaniens, certains étant susceptibles de remplacer les peuplements actuels lorsque les conditions écologiques se modifient. Finalement la question est posée des liaisons éventuelles entre la biodiversité et la productivité des systèmes. La comparaison de données issues de quatre lacs africains peu profonds montre qu'il n'existe pas de relation évidente entre la diversité piscicole et la production de la pêche. La richesse spécifique ne semble donc pas être un facteur essentiel pour la productivité des systèmes. A l'heure actuelle nous avons seulement des informations anecdotiques, et parfois discutables, sur le rôle de la diversité piscicole dans le fonctionnement des écosystèmes d'eau douce africains. Nous devons améliorer ces connaissances sur l'importance de la biodiversité de manière à pouvoir convaincre les gestionnaires qu'elle doit être protégée.