Controlling range expansion in habitat networks by adaptively targeting source populations

Controlling the spread of invasive species, pests, and pathogens is often logistically limited to interventions that target specific locations at specific periods. However, in complex, highly connected systems, such as marine environments connected by ocean currents, populations spread dynamically in both space and time via transient connectivity links. This results in nondeterministic future distributions of species in which local populations emerge dynamically and concurrently over a large area. The challenge, therefore, is to choose intervention locations that will maximize the effectiveness of the control efforts. We propose a novel method to manage dynamic species invasions and outbreaks that identifies the intervention locations most likely to curtail population expansion by selectively targeting local populations most likely to expand their future range. Critically, at any point during the development of the invasion or outbreak, the method identifies the local intervention that maximizes the long-term benefit across the ecosystem by restricting species' potential to spread. In so doing, the method adaptively selects the intervention targets under dynamically changing circumstances. To illustrate the effectiveness of the method we applied it to controlling the spread of crown-of-thorns starfish (Acanthaster sp.) outbreaks across Australia's Great Barrier Reef. Application of our method resulted in an 18-fold relative improvement in management outcomes compared with a random targeting of reefs in putative starfish control scenarios. Although we focused on applying the method to reducing the spread of an unwanted species, it can also be used to facilitate the spread of desirable species through connectivity networks. For example, the method could be used to select those fragments of habitat most likely to rebuild a population if they were sufficiently well protected. Control de la Expansion de la Extension en las Redes de Habitats al Enfocarse Adaptativamente en las Poblaciones Fuente El control de la dispersion de las especies invasoras, las plagas y los patogenos generalmente esta limitado logisticamente a las intervenciones que se enfocan en localidades especificas durante periodos especificos. Sin embargo, en sistemas complejos y muy bien conectados, como los ambientes marinos conectados por las corrientes oceanicas, las poblaciones se dispersan de manera dinamica tanto en el espacio como en el tiempo a traves de enlaces transitorios de conectividad. Lo anterior resulta en una distribucion futura no-determinista de las especies, en la que las poblaciones locales emergen dinamica y concurrentemente en toda la cobertura de un area grande. Por lo tanto, el reto es elegir localidades de intervencion que maximizaran la efectividad de los esfuerzos de control. Proponemos un metodo novedoso para manejar las invasiones dinamicas de las especies y los brotes, el cual identifica las localidades de intervencion con mayor probabilidad de restringir las expansiones poblacionales al enfocarse selectivamente en las poblaciones locales con mayor probabilidad de expandir su extension futura. En cualquier momento del desarrollo de la invasion o el brote, el metodo identifica de manera critica a la intervencion local que maximiza el beneficio a largo plazo en todo el ecosistema al restringir el potencial de dispersion de la especie. Al hacer esto, el metodo selecciona adaptativamente a los objetivos de la intervencion bajo circunstancias cambiantes de forma dinamica. Para ilustrar la efectividad del metodo, lo aplicamos al control de la dispersion de los brotes de la estrella de mar Acanthaster sp. en la Gran Barrera Arrecifal. La aplicacion de nuestro metodo resulto en una mejora relativa 18 veces mayor en los resultados de manejo, en comparacion con el enfoque al azar sobre los arrecifes en escenarios putativos de control de estrellas de mar. Aunque nos enfocamos en aplicar el metodo para reducir la dispersion de especies no deseadas, tambien puede usarse para facilitar la dispersion de especies deseables en las redes de conectividad. Por ejemplo, el metodo podria usarse para seleccionar aquellos fragmentos de habitat con mayor probabilidad de reconstruir una poblacion si es protegida adecuadamente. Resumen