<p><a>Natural enemy ecology strives to integrate the fields of disease ecology and community ecology to forge a broader understanding of how pathogens and predators structure communities. To advance this field, we need a greater emphasis on: 1) quantifying pathogen-mediated effects on community structure and comparing these effects to those observed with predators and 2) determining the interactive effects of combined natural enemies on communities. I conducted a mesocosm experiment designed to assess the individual and combined effects of predators (dragonfly larvae and adult water bugs) and a pathogen (ranavirus) on a larval amphibian community. Additionally, I conducted laboratory experiments to assess whether ranavirus exposure increases the vulnerability of tadpoles to predation. In my laboratory experiments, I found that virus exposure increased predation rates with dragonflies, but not water bugs. For tadpoles in the dragonfly treatments, the probability of survival for virus-exposed tadpoles was 66-77% lower compared to unexposed tadpoles. This data suggests that predators may selectively remove infected individuals from the population, which can enhance the magnitude of the healthy herds effect. I found that the risk level of the predators largely explained effects on the community. For instance, high-risk dragonflies reduce overall survival to 30% whereas low-risk water bugs only reduced survival to 67%. Additionally, I found that virus reduce survival to 62%, which was comparable to effect of the low-risk predator. Interestingly, all three natural enemies influenced community structure (i.e. species relative abundance) in unique ways. These results demonstrate that pathogens can have effects similar to predators on communities, and that natural enemy identity is important when considering impacts on community structure. When predators were combined with the virus, I found that mortality was relatively unchanged from the predator-only treatments suggesting less than additive effects of combined natural enemies. This result was driven by the healthy herds effect; the presence of dragonflies reduced overall infection prevalence in the community to 7% compared to 30% in the virus-only treatment. This effect was observed in the water bug treatments, to a lesser degree, suggesting that predator risk or efficiency contributes the magnitude of the effect. Collectively, my work demonstrates the importance of examining the individual and combined effects of natural enemies on ecological communities.</a></p>

Dans les agroécosystèmes, les réseaux trophiques sont souvent structurés à partir de la plante d’intérêt agronomique, qui permet aux herbivores qui lui sont associés de se développer, notamment les bioagresseurs. La monoculture de bananiers a permis au charançon du bananier (Cosmopolites sordidus) de prospérer. Les larves de C. sordidus se nourrissent exclusivement de bananiers et provoquent leur chute, réduisant fortement le rendement dans la plupart des régions de production. Cette thèse a cherché à élucider la structure et le fonctionnement du réseau trophique de la bananeraie et particulièrement les interactions trophiques qui lient le C. sordidus aux autres espèces. L’objectif appliqué en ligne de mire était de favoriser les prédateurs généralistes pour augmenter la régulation naturelle de C. sordidus.1. Quel est l’effet de l’ajout d’une plante de couverture sur la prédation de C. sordidus ? En utilisant une variété de méthodes – isotopes stables, piégeage, infestation artificielle de bananiers, nous avons testé avec succès l’hypothèse selon laquelle l’enherbement induit, via le développement de proies alternatives, un changement de régime alimentaire des prédateurs généralistes, une augmentation de leurs abondances et une plus forte prédation des oeufs de C. sordidus.2. Quel est la structure du réseau trophique ? Nous avons combiné le séquençage haut-débit (technologie 454) avec le concept de codes-barres à ADN pour identifier les proies présentes dans le contenu stomacal des consommateurs. Nous avons utilisé un marqueur chloroplastique (boucle P6 trnL) pour identifier le bol alimentaire des herbivores, et un marqueur mitochondrial (mini-CO1) pour les prédateurs. Cette approche a permis de détecter des espèces qui n’avaient pas été échantillonnées, d’identifier les prédateurs naturels de C. sordidus au champ, et de quantifier les interactions à l’échelle des populations.3. Comment la structure du réseau trophique peut-elle influencer la régulation de C. sordidus ? Nous avons cherché les différents éléments structuraux (motifs) présents dans le réseau trophique de deux agroécosystèmes bananiers (sur sol nu et sur sol enherbé), et analysé leurs fonctions. Nous avons notamment décelé un motif composé de 4 espèces (2 ressources et 2 consommateurs) qui est représenté en grand nombre par rapport à un modèle neutre de réseau trophique. Ce motif s’est révélé systématiquement déséquilibré en faveur d’une proie, ce qui démontre qu’une distribution asymétrique des forces d’interactions permet de structurer le réseau. L’analyse de la position de C. sordidus dans les motifs décelés a permis de révéler ses interactions préférentielles avec les autres espèces de la communauté.Cette thèse montre comment le couplage de méthodes innovantes et complémentaires permet d’avoir une approche globale du fonctionnement trophique de l’agroécosystème. Les résultats montrent l’importance des ressources primaires (autres que la plante cultivée) sur la structuration du réseau trophique des arthropodes et sur le potentiel de régulation des bioagresseurs. Ce travail illustre également le lien entre la structure globale d’une communauté et l’évaluation des fonctions qui y sont associées / In agroecosystems, food webs are often structured from the crop, which enables the associated herbivores, including pests, to develop. For instance, monoculture in banana fields allowed the development of the banana weevil (Cosmopolites sordidus) populations. Borrowing larvae of C. sordidus cause banana plants topple over, which dampens the yield in most production areas. In this Ph.D. thesis, we attempted to disclose the structure and function of the banana food web, and particularly the trophic interactions that link banana weevil to others species. The applied perspective was to enhance population of generalist predators in order to increase the natural regulation of the pest.1. What is the effect of adding a cover crop on the predation of the pest?By using a variety of methods - stable isotopes analyses, trapping, artificial infestation of banana trees, we successfully tested the hypothesis according to which the addition of a cover crop, by enabling population of alternative preys to develop in the system, induces a change in predator diet, an increase of predator densities, and a greater predation rate on the eggs of C. sordidus.2. How is structured the food web?We combined next generation sequencing (454 technology) with the DNA barcoding concept to identify prey into gut contents of consumers. We used a chloroplastic marker (trnL) to identify the diet of herbivores, and a mitochondrial marker (CO1) for predators. This approach enabled the detection of unexpected species, the identification of the natural enemies of the pest, and the weighting of trophic interactions at the population scale.3. How can food web structure influence pest regulation?We searched structural elements (network motifs) occurring in the food webs of two banana agroecosystems (on bare soil and with cover crop), and we inferred the system functions. We detected the “bi-fan” size-4 motif, which occurred more frequently in the cover cropped food web than in random food webs. Interestingly, this motif was unbalanced for one of the two resources, illustrating the asymmetrical distribution of interaction strengths that shapes food web structure. The analysis of the position of C. sordidus within key motifs revealed its preferential interactions with other species of the community.This Ph.D. thesis emphasizes how linking innovative and complementary methods provides a comprehensive approach of the trophic functioning of the banana agroecosystem. Our results show the importance of primary resources (other than the cultivated crop) on the structure of arthropods’ food webs and on the pest regulation potential. This work also illustrates the link between the community structure and the evaluation of associated functions (i.e. pest regulation)

Der Nordamerikanische Waschbär (Procyon lotor Linné, 1758) gehört zu den neozonalen Vertretern der heimischen Raubsäugerfauna. Seit den 1990er Jahren tritt der in Deutschland mittlerweile fest etablierte Kleinbär verstärkt in Erscheinung und ist damit Auslöser kontroverser Diskussionen über negative Auswirkungen auf einheimische Tierarten sowie über seine Rolle als potentieller Krankheitsüberträger. Ausgehend von der Hypothese, dass der Waschbär durch Prädation lokale Bestände naturschutzfachlich relevanter Tierarten beeinträchtigen kann, wurden Waschbär-Kotproben aus einem naturnahen Tieflandbuchenwald im Müritz-Nationalpark (Mecklenburg-Vorpommern) nahrungsökologisch und im Hinblick auf den Endoparasitenbefall analysiert. Das Untersuchungsgebiet repräsentiert ein charakteristisches Binnenentwässerungsgebiet der nordostdeutschen Tiefebene, das hinsichtlich der Ressourcenausstattung ein überaus geeignetes Habitat für Waschbären darstellt. Gleichzeitig wurde anhand eines Referenzgebietes im Naturpark Feldberger Seenlandschaft (Mecklenburg-Vorpommern) geprüft, ob der Waschbär in einem anthropogen beeinflussten Lebensraum aufgrund schlechterer Ressourcenausstattung einen größeren Prädationseinfluss haben kann. Die vorliegende Dissertation ist Teil eines mehrjährigen, integrierten Forschungsprojektes (Projekt Waschbär), welches zwischen 2006 und 2011 im Teilgebiet Serrahn des Müritz-Nationalparks durchgeführt wurde. / The North American raccoon (Procyon lotor L., 1758) is an introduced carnivore species in Germany. Against the background of a vast in­crease of raccoon numbers in Germany over the last years, a contro­versial dis­cussion has developed regarding the influence of the new inha­bi­­tant on indi­genous resp. pro­tec­ted species and the potential trans­mission of diseases and parasites. Based on the hypothesis that raccoons may affect local stock of ecological relevant species through predation raccoon faecal samples were collected in a close to nature beech forest in the Müritz National Park (Mecklenburg-Western ­­Pome­ra­nia, Germany) and analysed with regard to nutrition ecology and endoparasite infes­ta­tion. The study area represents a characteris­tic inland drainage area of North-Eastern German lowlands, which provides a very suitable habitat for raccoons with regards to essential resour­ces. Simulta­neously, examinations were carried out in raccoons from a control area in the Nature Park Feldberger Seen­land­schaft (Mecklenburg-Western ­­Pome­ra­nia), focusing on the question as to whether raccoons might have higher ecological impact in an anthropogenically modified habitat due to poorer food resources. This thesis is part of a long-term and integrated research project (Projekt Waschbär), which was con­­­ducted between 2006 and 2011 in the subterritory Serrahn of the Müritz National Park.

Der Nordamerikanische Waschbär (Procyon lotor Linné, 1758) gehört zu den neozonalen Vertretern der heimischen Raubsäugerfauna. Seit den 1990er Jahren tritt der in Deutschland mittlerweile fest etablierte Kleinbär verstärkt in Erscheinung und ist damit Auslöser kontroverser Diskussionen über negative Auswirkungen auf einheimische Tierarten sowie über seine Rolle als potentieller Krankheitsüberträger. Ausgehend von der Hypothese, dass der Waschbär durch Prädation lokale Bestände naturschutzfachlich relevanter Tierarten beeinträchtigen kann, wurden Waschbär-Kotproben aus einem naturnahen Tieflandbuchenwald im Müritz-Nationalpark (Mecklenburg-Vorpommern) nahrungsökologisch und im Hinblick auf den Endoparasitenbefall analysiert. Das Untersuchungsgebiet repräsentiert ein charakteristisches Binnenentwässerungsgebiet der nordostdeutschen Tiefebene, das hinsichtlich der Ressourcenausstattung ein überaus geeignetes Habitat für Waschbären darstellt. Gleichzeitig wurde anhand eines Referenzgebietes im Naturpark Feldberger Seenlandschaft (Mecklenburg-Vorpommern) geprüft, ob der Waschbär in einem anthropogen beeinflussten Lebensraum aufgrund schlechterer Ressourcenausstattung einen größeren Prädationseinfluss haben kann. Die vorliegende Dissertation ist Teil eines mehrjährigen, integrierten Forschungsprojektes (Projekt Waschbär), welches zwischen 2006 und 2011 im Teilgebiet Serrahn des Müritz-Nationalparks durchgeführt wurde. / The North American raccoon (Procyon lotor L., 1758) is an introduced carnivore species in Germany. Against the background of a vast in­crease of raccoon numbers in Germany over the last years, a contro­versial dis­cussion has developed regarding the influence of the new inha­bi­­tant on indi­genous resp. pro­tec­ted species and the potential trans­mission of diseases and parasites. Based on the hypothesis that raccoons may affect local stock of ecological relevant species through predation raccoon faecal samples were collected in a close to nature beech forest in the Müritz National Park (Mecklenburg-Western ­­Pome­ra­nia, Germany) and analysed with regard to nutrition ecology and endoparasite infes­ta­tion. The study area represents a characteris­tic inland drainage area of North-Eastern German lowlands, which provides a very suitable habitat for raccoons with regards to essential resour­ces. Simulta­neously, examinations were carried out in raccoons from a control area in the Nature Park Feldberger Seen­land­schaft (Mecklenburg-Western ­­Pome­ra­nia), focusing on the question as to whether raccoons might have higher ecological impact in an anthropogenically modified habitat due to poorer food resources. This thesis is part of a long-term and integrated research project (Projekt Waschbär), which was con­­­ducted between 2006 and 2011 in the subterritory Serrahn of the Müritz National Park.