Complex life cycle and biphasic range expansion in plants.
Date
2020-03
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH ABSTRACT: The rate of the spread of populations into new habitat has been extensively
studied. In particular, the long-term spread rate of plant populations has been
analytically formulated in terms of the travelling wave solution. However,
plants often display a biphasic range expansion, where a long-term fast spread
phase is preceded by a slower spread phase. This has been explained by fattailed
dispersal kernels, habitat transition or stratified diffusion. Nonetheless,
since pollen production and dispersal are integral parts of the plant life cycle,
they might play a role in the spread patterns of plants. For these reasons,
I included pollen production and dispersal, in addition to seed production
and dispersal, in an integrodifference equation (IDE model of plant spread
in continuous space and discrete-time. The numerical results showed that
biphasic range expansions are produced by considering the complex life cycle
of plants. Furthermore, I observed that seed dispersal increased both the
slow and fast phases of the biphasic range expansion. Pollen dispersal had
constrained the velocity of the slow phase, but drove the velocity of the fast
phase. However, when pollen dispersal is much higher than seed dispersal, a
boom-and-bust phenomenon is observed, indicating that the velocity of spread
decreases and the population declines and eventually goes extinct as few plants
are located at far distances to be pollinated. These results shed new light on
the importance of different life stages and dispersal events in driving biphasic
range expansions of plant populations.
AFRIKAANSE OPSOMMMING: Die tempo van die verspreiding van bevolkings na 'n nuwe habitat is breedvoerig bestudeer. In die besonder is die langtermynverspreidingsyfer van plantpopulasies analities geformuleer in terme van die bewegende golfoplossing. Plante vertoon egter dikwels 'n tweefase-uitbreiding, waar 'n langtermynverspreidingsfase voorafgegaan word deur 'n stadiger verspreidingsfase. Dit word verklaar deur vetstert waarskynlikheidsverdelings, habitatoorgang of gestrati- seerde di usie. Aangesien stuifmeelproduksie en verspreiding integrale dele van die plantlewensiklus is, speel dit egter 'n rol in die verspreidingspatrone van plante. Om hierdie redes het ek stuifmeelproduksie en verspreiding, benewens saadproduksie en verspreiding, ook in 'n model met 'n integraaldi erensiaalvergelyking (IDV van plantverspreiding in kontinue ruimte en diskrete tyd ingesluit. Die numeriese resultate het getoon dat die uitbreiding van tweefasige omvang geproduseer word deur die ingewikkelde lewensiklus van plante. Verder het ek opgemerk dat verspreiding van saad 'n positiewe uitwerking op beide die stadige en vinnige fases van die uitbreiding van die bifasiese reeks het. Stuifmeelverspreiding het 'n negatiewe uitwerking op die snelheid van die stadige fase, maar 'n positiewe invloed op die snelheid van die vinnige fase. Wanneer die stuifmeelverspreiding egter veel hoer is as die verspreiding van saad, word 'n styg-en-daal verskynsel waargeneem, wat aandui dat die verspreidingsnelheid daal en die bevolking daal en uiteindelik uitsterf. Hierdie resultate werp nuwe lig op die belangrikheid van verskillende lewensfases en verspreidingsgebeurtenisse in die bevordering van die uitbreiding van plantegroei in tweefase.
AFRIKAANSE OPSOMMMING: Die tempo van die verspreiding van bevolkings na 'n nuwe habitat is breedvoerig bestudeer. In die besonder is die langtermynverspreidingsyfer van plantpopulasies analities geformuleer in terme van die bewegende golfoplossing. Plante vertoon egter dikwels 'n tweefase-uitbreiding, waar 'n langtermynverspreidingsfase voorafgegaan word deur 'n stadiger verspreidingsfase. Dit word verklaar deur vetstert waarskynlikheidsverdelings, habitatoorgang of gestrati- seerde di usie. Aangesien stuifmeelproduksie en verspreiding integrale dele van die plantlewensiklus is, speel dit egter 'n rol in die verspreidingspatrone van plante. Om hierdie redes het ek stuifmeelproduksie en verspreiding, benewens saadproduksie en verspreiding, ook in 'n model met 'n integraaldi erensiaalvergelyking (IDV van plantverspreiding in kontinue ruimte en diskrete tyd ingesluit. Die numeriese resultate het getoon dat die uitbreiding van tweefasige omvang geproduseer word deur die ingewikkelde lewensiklus van plante. Verder het ek opgemerk dat verspreiding van saad 'n positiewe uitwerking op beide die stadige en vinnige fases van die uitbreiding van die bifasiese reeks het. Stuifmeelverspreiding het 'n negatiewe uitwerking op die snelheid van die stadige fase, maar 'n positiewe invloed op die snelheid van die vinnige fase. Wanneer die stuifmeelverspreiding egter veel hoer is as die verspreiding van saad, word 'n styg-en-daal verskynsel waargeneem, wat aandui dat die verspreidingsnelheid daal en die bevolking daal en uiteindelik uitsterf. Hierdie resultate werp nuwe lig op die belangrikheid van verskillende lewensfases en verspreidingsgebeurtenisse in die bevordering van die uitbreiding van plantegroei in tweefase.
Description
Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2021.
Keywords
Biphasic range expansion, Life cycles (Biology), Pollen -- Dispersal -- Mathematical models, Introduced organisms -- Spread -- Mathematical models, UCTD