Climate change influences reproduction in Arctic breeding geese through altered predator-prey interactions

Abstract

Klimaendringer påvirker Arktiske herbivorer både direkte og indirekte gjennom endringer i tilgang på ressurser. I senere tid er det også funnet bevis som indikerer at effektene av klimaendringer også kan forekomme gjennom endringer i antall og atferd hos predatorer. Det er blitt foreslått at økte temperaturer i Arktis har vært fordelaktig for polarrev, den vanligste predatoren på gås som hekker i Arktis, gjennom økt på tilgang på byttedyr som for eksempel kadaver fra reinsdyr. I tillegg har isbjørner blitt nødt til å finne alternative matkilder ettersom sjøisen har trukket seg tilbake i tilknytning til klimaendringer. Én av disse alternative matkildene er eggene til fugler som hekker på bakken i Arktis. Nylige observasjoner og funn over store deler av Arktis indikerer at predasjon fra isbjørn kan ha katastrofale konsekvenser for reproduksjon hos hekkende gås. I denne avhandlingen var målet å kvantifisere effekten av isbjørnpredasjon, mens jeg tok hensyn til andre abiotiske og biotiske faktorer som påvirket populasjonsdynamikk hos en lokal populasjon med hvitkinngås som hekker i Kongsfjorden, Svalbard. For å oppnå dette, analyserte jeg tre tiår med data på individ-nivå i en integrert populasjons modell, basert på tidligere studier av populasjonsdynamikk i den lokale populasjonen. Estimatene fra modellen inkluderte reproduksjonsrater, overlevelse, populasjonsstørrelser og effekten av abiotiske og biotiske variabler, inkludert predasjon fra polarrev og isbjørn. Resultatene fra denne avhandlingen bekreftet at (1) predasjon fra polarrev har en sterk negativ effekt på reproduksjon, (2) en stadig tidligere vår påvirker antallet gåsunger per hunn positivt, (3) reproduksjon og overlevelse er tetthetsavhengig og (4) varmere temperaturer ved lokasjonen der gjessene overvintrer har en positiv påvirkning på overlevelse. Men det viktigste funnet i denne avhandlingen var at økningen i antall isbjørn som har besøkt Kongsfjorden under hekkingen til hvitkinngås sannsynligvis har hatt en negativ effekt på reproduksjon. Effekten av isbjørn, som virker gjennom predasjon på egg, var bare tydelig i den andre halvdelen av studieperioden. Funnene i denne avhandlingen og en rekke andre studier over store deler av Arktis tyder på at det skjer fundamentale endringer i miljøet i regionen. Endringer som resulterer i endret samfunnsdynamikk, inkludert indirekte klimaeffekter som opererer gjennom endringer i antall og atferd hos predatorer.

Climate change is affecting Arctic herbivores both directly and indirectly via bottom-up mechanisms. However, recent evidence suggests that indirect effects of climate change may also occur through changes in abundance and behaviour of predators. It has been proposed that warming has benefitted the Arctic fox, the main predator on Arctic breeding geese, through an overall increase in prey and reindeer carcasses. Also, as sea-ice have contracted in parallel with climate change, polar bears have been forced to use alternative food sources in summer, particularly the eggs of ground-breeding birds. Previous observations across the Arctic indicate that polar bear predation may have devastating consequences for reproduction in geese. In this thesis, I aimed to quantify the effect of polar bear predation while accounting for other biotic and abiotic factors affecting population dynamics in a local population of barnacle geese that breed in Kongsfjorden, Svalbard. To achieve this, I used three decades of individual-based data and population count data in an integrated population model, extending previous population dynamical studies on the same population. The model estimated reproduction, survival, population sizes and effects of abiotic and biotic variables, including predation from Arctic foxes and polar bears. The results confirmed that (1) predation from Arctic fox had a strong negative effect on fledging rates, (2) advancing spring onset affected the number of goslings positively, (3) reproduction and survival was density dependent, and (4) warmer temperatures on the wintering grounds had a positive influence on survival. Most importantly however, I found that the marked increase in the number of bears visiting Kongsfjorden during the breeding period caused a strong tendency for a negative effect of polar bear predation on reproduction. The polar bear effect, acting through egg predation, was only evident in the second half of the study period. These findings add to the growing body of evidence suggesting that Arctic ecosystems are undergoing fundamental environmental changes. Changes which result in changing community dynamics, including indirect climate change effects operating through altered top-down dynamics due to shifts in predator abundances and behaviour.