Lemming-food plant interactions, density effects, and cyclic dynamics on the Siberian tundra

摘要

Theory predicts that trophic interactions can produce cyclic dynamics of microtine rodents, but that in addition, social interactions are necessary to create the cyclicity. We tested the induced defence hypothesis as a component driving multi-annual cycles by analyzing data on Siberian lemming (Lemmus sibiricus Kerr) populations and the levels of trypsin inhibitors (TI) and free proteins (SPP) in their food plants. We collected data at 12 sites along the Palaearctic tundra coast in 1994 and correlated these measures with lemming density and cycle phase. A negative correlation between lemming density and TI/SPP in Carex was found at the 12 sites. Cycle phase tended to correlate significantly with TI/SPP, and plants being grazed by lemmings respond with some delay. Mass of pancreas, the organ producing proteolytic enzymes, co-varied negatively with TI/SPP. These findings are in accord with predictions from the induced defence hypothesis. In contrast, reproductive effort did not conform to the predictions but co-varied strongly with density. Data are in accord with theory predicting that, in addition to trophic interactions, some self-regulation is necessary to create cyclic dynamics. Our data show that the plant defence hypothesis alone is not a sufficient explanation for the cyclicity. Several factors interact, including predation, food quality (including induced defence chemicals), and intra-specific competition. En théorie, les interactions trophiques peuvent produire une dynamique cyclique de rongeurs microtinés, mais en plus de cela, il faut des interactions sociales pour donner lieu à la cyclicité. Nous avons mis à l'épreuve l'hypothèse induite de défense en tant que composante intégrale des cycles multi-annuels en analysant les données relatives aux populations de lemming brun (Lemmus sibiricus Kerr) et les taux d'inhibiteurs de la trypsine (TI) et de protéines libres (SPP) se trouvant dans leur nourriture végétale. Nous avons recueilli des données à 12 emplacements le long de la c?te paléarctique des toundras en 1994 et avons corrélé ces mesures à la densité des lemmings ainsi qu'à la phase du cycle. Une corrélation négative entre la densité des lemmings et TI/SPP dans Carex a été trouvée à 12 emplacements. La phase du cycle avait tendance à donner une corrélation significative avec TI/SPP, et les végétaux faisant l'objet d'un paturage par les lemmings réagissaient avec un certain retard. Les masses de pancréas, soit l'organe producteur des enzymes protéolytiques, co-variait négativement avec TI/SPP. Ces constatations cadrent avec les prédictions émanant de l'hypothèse induite de défense. Par contre, les efforts de reproduction ne se conformaient pas aux prédictions mais co-variaient fortement en fonction de la densité. Les données sont en accord avec la théorie prédisant qu'en plus des interactions trophiques, il faut une certaine autorégulation pour créer une dynamique cyclique. Nos données montrent qu'à elle seule, l'hypothèse de défense des végétaux ne constitue pas une explication suffisante à la cyclicité. Plusieurs facteurs entrent en interaction, dont la prédation, la qualité de la nourriture (ce qui comprend les produits chimiques induits de la défense) et la compétition intraspécifique.