Changes in body size spectra of benthic caridean shrimps (Decapoda: Caridea) and snails (Gastropoda) as response to seasonal variability

AbstractEcologists have been largely interested in the description and understanding of the power scaling relationships between body size and abundance of organisms. Many studies have focused on estimating the exponents of these functions across taxonomic groups and spatial scales, to draw inferences about the processes underlying this pattern. The exponents of these functions usually approximate -3/4 at geographical scales, but they deviate from this value when smaller spatial extensions are considered. This has led to propose that body size-abundance relationships at small spatial scales may reflect the impact of environmental changes. This study tests this hypothesis by examining body size spectra of benthic shrimps (Decapoda: Caridea) and snails (Gastropoda) in the Tamiahua lagoon, a brackish body water located in the Eastern coast of Mexico. We measured water quality parameters (dissolved oxygen, salinity, pH, water temperature, sediment organic matter and chemical oxygen demand) and sampled benthic macrofauna during three different climatic conditions of the year (cold, dry and rainy season). Given the small size of most individuals in the benthic macrofaunal samples, we used body volume, instead of weight, to estimate their body size. Body size-abundance relationships of both taxonomic groups were described by tabulating data from each season into base-2 logarithmic body size bins. In both taxonomic groups, observed frequencies per body size class in each season were standardized to yield densities (i.e., individuals/m3). Nonlinear regression analyses were separately performed for each taxonomic group at each season to assess whether body size spectra followed power scaling functions. Additionally, for each taxonomic group, multiple regression analyses were used to determine whether these relationships varied among seasons. Our results indicated that, while body size-abundance relationships in both taxonomic groups followed power functions, the parameters defining the shape of these relationships varied among seasons. These variations in the parameters of the body size-abundance relationships seems to be related to changes in the abundance of individuals within the different body size classes, which seems to follow the seasonal changes that occur in the environmental conditions of the lagoon. Thus, we propose that these body size-abundance relationships are influenced by the frequency and intensity of environmental changes affecting this ecosystem. Rev. Biol. Trop. 64 (1): 33-44. Epub 2016 March 01.

ResumenLos ecólogos han estado muy interesados en describir y comprender las relaciones escalares de potencia entre el tamaño corporal y la abundancia de los organismos. Muchos estudios se han centrado en la estimación de los exponentes de estas funciones a través de grupos taxonómicos y escalas espaciales, para sacar conclusiones acerca de los procesos que subyacen a este patrón. Los exponentes de estas funciones generalmente se aproximan -3/4 a escalas geográficas, pero se apartan de este valor cuando se consideran extensiones espaciales más pequeñas. Esto ha llevado a proponer que las relaciones tamaño corporal-abundancia en pequeñas escalas espaciales puede reflejar el impacto de cambios ambientales. Este estudio pone a prueba esta hipótesis mediante el examen de los espectros de tamaño corporal de camarones bentónicos (Decapoda: Caridea) y caracoles (Gastropoda) en la laguna de Tamiahua, un cuerpo de agua salobre situado en la costa oriental de México. Medimos parámetros de calidad del agua (oxígeno disuelto, salinidad, pH, temperatura del agua, materia orgánica en los sedimentos y demanda química de oxígeno) y muestreamos la macrofauna bentónica en tres momentos del año que difieren en sus condiciones climáticas (estaciones fría, seca y de lluvias). Dado el pequeño tamaño de la mayoría de los individuos en las muestras de macrofauna bentónica, se utilizó el volumen del cuerpo, en lugar de peso, para estimar su tamaño corporal. Las relaciones tamaño corporalabundancia de ambos grupos taxonómicos fueron descritas ordenando los datos de cada estación en clases de tamaño corporal cuya amplitud estaba establecida por una escala logarítmica de base 2. En ambos grupos taxonómicos, las frecuencias observadas por clase de tamaño corporal en cada estación se estandarizaron a densidades de captura (es decir, individuos/m3). Análisis de regresión no-lineal se realizaron separadamente para cada grupo taxonómico en cada estación del año para evaluar si los espectros de tamaño corporal seguían funciones escalares de potencia. Además, para cada grupo taxonómico, se utilizaron análisis de regresión múltiple para determinar si estas relaciones variaban entre estaciones. Nuestros resultados indicaron que, mientras las relaciones tamaño corporal-abundancia en ambos grupos taxonómicos siguieron funciones potenciales, los parámetros que definen la forma de estas relaciones variaron entre estaciones. Estas variaciones en los parámetros de las relaciones tamaño corporal-abundancia parecen estar relacionadas con cambios en la abundancia de los individuos dentro de las diferentes clases de tamaño corporal, que parece seguir los cambios estacionales que se producen en las condiciones ambientales de la laguna. Por lo tanto, proponemos que estas relaciones tamaño corporalabundancia se ven influidas por la frecuencia e intensidad de los cambios ambientales que afectan este ecosistema.

Padrões espaciais da riqueza de espécies de viperídeos na Américado Sul: temperatura ambiental vs. cinética-bioquímica / Spatial patterns of viperid species richness in South America: environmental temperature vs. biochemical kinetics

Este estudo tem por objetivo testar a influência da temperatura na taxametabólica de viperídeos como um mecanismo básico de origem dos padrões espaciais deriqueza desse grupo na América do Sul, como proposto por Allen et al. (2002) dentro daTeoria Metabólica em Ecologia. Para isso, testamos a relação entre o logaritmo natural dariqueza de espécies de viperídeos e o inverso da temperatura (em Kelvin, 1000*K-1), apóscorrigir os efeitos da autocorrelação espacial, e verificamos se a reta estimada apresentainclinação de -9,0*T. As variáveis apresentaram baixo índice de correlação (r2 = 0,216; p <0,0001), com uma inclinação da reta de -3,737*T (C.I. (95%) ± 0,379). Os resultadosindicaram que os viperídeos não respondem à variação de temperatura da mesma forma queos demais grupos testados, uma vez que o intervalo de confiança para o ângulo da retaestimada não contempla o valor -9,0*T, como predito pelo modelo. O presente estudosugere que o padrão espacial da riqueza de espécies de viperídeos na América do Sul éestruturado por outros parâmetros além da temperatura, não contemplados no modelo deAllen et al. (2002).

The aim of this study was to testthe influence of temperature on metabolic rates of viperid species as the underlyingmechanism to explain the richness pattern of this group in South America, following theMetabolic Theory of Ecology (MTE) proposed by Allen et al. (2002). We tested MTEpredictions by considering the relationship between the natural logarithm of viperid speciesrichness and the inverse of temperature (in Kelvin, 1000*K-1) after to correct for spatialautocorrelation effects and to check whether the linear function presents a slope of -9.0*T.The relationship between variables presented low correlation coefficient (r2 = 0.216; P <0.0001) and a slope of -3.737*T (C.I. (95%) ± 0.379).These results showed that viperidsrespond in a different way to the temperature gradient in comparison with other taxa andthe prediction of Allen et al. (2002), since the confidence interval of slope in this case doesnot include the value of -9.0*T. This study demonstrates that temperature is not the soledriver of broad-scale spatial pattern of viperid species richness in South America.