Exploring fish community dynamics through size-dependent trophic interactions using a spatialized individual-based model

Interactions trophiques fondées sur la taille et dynamiques des communautés de poissons marins : exploration à l’aide d’un modèle spatial individus-centré

¹ Unité de recherche Géodes, Institut de recherche pour le développement (IRD), 32, avenue Henri-Varagnat, 93143 Bondy cedex, France
² Marine and Coastal Management, Private Bag X2, Rogge Bay, 8012 Cape Town, South Africa
³ Oceanography Department, University of Cape Town, Rondebosch 7701, South Africa

Received: 22 May 2000
Accepted: 9 January 2001

Abstract

An individual-based model named OSMOSE (Object-oriented Simulator of Marine Ecosystems Exploitation) is used to investigate the dynamics of exploited marine fish communities. It allows the representation of age- and size-structured populations comprised of groups of individuals that interact within a spatialized food web. Within each group, which constitutes the basic interaction entity (the ‘super-individual’ in individual-based modelling terminology), fish belong to the same species, have similar biological parameters and behaviour rules. Somatic growth, reproduction, predation and starvation processes are modelled. Two rules apply for the predation process: for a given fish group, prey selection depends both on the spatial and temporal co-occurrence of the predator and its prey, and on the respective lengths of the prey versus the predator. Thus, fish feed regardless of the taxonomy of their prey. The strength of both predation and competition relationships therefore vary according to changes in relative species abundance. Preliminary investigations are conducted on a theoretical community comprising seven interacting species. The simulation results show how community stability can emerge from variability in species biomass. It is thus suggested that size-based trophic interactions, along with the existence of multiple weak links and species redundancy, favour community persistence and stability.

Résumé

Dans cet article, nous décrivons OSMOSE (Object-oriented Simulator of Marine Ecosystems Exploitation), un modèle individus-centré et dédié à l’étude de la dynamique des communautés marines exploitées. Les populations de poissons modélisées sont structurées en taille et en âge et composées de groupes d’individus qui interagissent au sein d’un réseau trophique. Ces groupes, constituant les unités écologiques élémentaires du modèle (les « super-individus » pour adopter la terminologie des modèles individus-centré), sont composés d’individus possédant les mêmes paramètres biologiques et les mêmes règles comportementales. Les processus de croissance, de reproduction, de prédation et de jeûne sont modélisés. Deux règles fondamentales sont utilisées pour modéliser le processus de prédation : la sélection des proies dépend d’une part de la co-occurrence spatiotemporelle des prédateurs et de leurs proies et, d’autre part, du rapport de la taille de la proie à celle du prédateur. Dans le modèle, la prédation n’est donc pas liée à des préférences alimentaires pré-établies sur l’identité taxonomique des proies. En conséquence, la structure du réseau trophique et la force des interactions peuvent varier en fonction des abondances relatives des espèces. A titre d’exemple d’application du modèle, une communauté théorique composée de sept espèces est simulée. Les résultats suggèrent que des interactions trophiques fondées sur la taille corporelle et de faible intensité, ainsi que l’existence d’une redondance spécifique, favorisent la persistence et la stabilité de la communauté.