This thesis explores growth across different levels of organization, and reveals remarkable similarities in the scaling and regulation of growth, from individual to ecosystem. Chapter 1 presents a general scaling law encompassing 800 terrestrial and aquatic ecosystems of the world. I show that whole communities of predator biomass scale to total prey by an exponent near ¾ across global environmental gradients. Underpinning this pattern is production-biomass scaling that also converges on near ¾ exponents. These findings have implications for predator-prey theory and understanding trophic structure. Chapter 2 investigates growth and metabolic scaling at the level of the individual and argues that underpinning body size allometry may be multiplicative growth processes, rather than energy supply constraints, as is the predominant view. I show that across the tree of life, growth scales as ¾, while metabolism scales closer to linear. I discuss research at the organ/tissue level showing that growth is regulated by a complex set of genes, which can often be shown to have downstream influences on metabolism. These and other lines of evidence point to growth at the basis of allometry, providing a potentially important new orientation to the field. Chapter 3 examines a large dataset on mammal reproduction, mortality and abundance to elaborate possible regulatory pathways that balance the structure of large mammal communities. These pathways bear certain commonalities with growth regulation at the level of the individual. Summarizing data from all three chapters, I show that mammal growth to mass scaling is nearly equivalent across three distinct levels of organization with scaling exponents all within 0.012 of each other. These findings urge new fundamental theory that connects patterns of growth across scale. / Cette thèse explore la croissance à plusieurs niveaux d'organisation et révèle des similitudes remarquables dans la mise à l'échelle et la régulation de la croissance de l'individu à l'écosystème. Le chapitre 1 présente une loi générale de mise à l'échelle englobant 800 écosystèmes terrestres et aquatiques du monde. Je démontre que la biomasse de communautés entières de prédateurs est liée au nombre de proies totales par un exposant de près de ¾. De plus, je démontre qu'à l'échelle de l'écosystème, la production est aussi liée à la biomasse avec un exposant qui converge vers ¾. Ces résultats ont des implications pour la théorie sur les relations prédateur-proie et la théorie sur la structure trophique. Le chapitre 2 examine la croissance et la mise à l'échelle métabolique au niveau de l'individu, ou j'affirme que les allométries reliées à la taille du corps peuvent découler de processus de croissance multiplicatifs, plutôt que de contraintes d'approvisionnement en énergie, contrairement au point de vue prédominant en écologie. Je démontre qu'au travers de l'arbre de la vie, les échelles de croissance se rapprochent de ¾, alors que les échelles de métabolisme ont tendance à être linéaire. J'élabore sur la recherche au niveau de l'organe / tissu qui montre que la croissance est régie par un ensemble complexe de gènes, qui ont des influences en aval sur le métabolisme. Mes travaux supportent l'hypothèse que la croissance est à la base des allométries, ce qui pourrait potentiellement donnée une direction nouvelle à ce domaine de la science de l'écologie. Le chapitre 3 examine un vaste ensemble de données sur la reproduction, la mortalité et l'abondance de grands mammifères en vue de définir les lois qui permettent l'équilibre au niveau de la structure des communautés de grands mammifères. Ces lois démontrent certaines similitudes avec celle qui régissent la croissance au niveau de l'individu. En synthétisant les données des trois chapitres, je démontre que la mise à l'échelle entre la croissance et la masse des mammifères est à peu près équivalente à travers trois différents niveaux d'organisation. Ces conclusions invitent une nouvelle théorie fondamentale qui relie les modèles de croissance à travers les échelles.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.121139 |
| Date | January 2014 |
| Creators | Hatton, Ian Alan |
| Contributors | Michel Loreau (Supervisor2), Thomas Davies (Supervisor1) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Doctor of Philosophy (Department of Biology) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses |
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