Primary assembly of soil communities: disentangling the effect of dispersal and local environment

It has long been recognised that dispersal abilities and environmental factors are important in shaping invertebrate communities, but their relative importance for primary soil community assembly has not yet been disentangled. By studying soil communities along chronosequences on four recently emerged nunataks (ice-free land in glacial areas) in Iceland, we replicated environmental conditions spatially at various geographical distances. This allowed us to determine the underlying factors of primary community assembly with the help of metacommunity theories that predict different levels of dispersal constraints and effects of the local environment. Comparing community assembly of the nunataks with that of non-isolated deglaciated areas indicated that isolation of a few kilometres did not affect the colonisation of the soil invertebrates. When accounting for effects of geographical distances, soil age and plant richness explained a significant part of the variance observed in the distribution of the oribatid mites and collembola communities, respectively. Furthermore, null model analyses revealed less co-occurrence than expected by chance and also convergence in the body size ratio of co-occurring oribatids, which is consistent with species sorting. Geographical distances influenced species composition, indicating that the community is also assembled by dispersal, e.g. mass effect. When all the results are linked together, they demonstrate that local environmental factors are important in structuring the soil community assembly, but are accompanied with effects of dispersal that may "override" the visible effect of the local environment.

Gorgonians of the South of Portugal: biology, ecology and conservation

O papel ecológico das gorgónias (Octocorallia: Alcyonacea) nos fundos marinhos rochosos é mundialmente reconhecido. Contudo, a informação acerca da ecologia e biologia das espécies de gorgónias nas zonas temperadas do NE Atlântico é manifestamente escassa, especialmente tendo em consideração as actuais perturbações globais, regionais e locais. Nos fundos rochosos da costa algarvia até aos 30 m, verificouse que várias espécies de gorgónias são abundantes e frequentes, nomeadamente Eunicella labiata, Eunicella gazella, Eunicella verrucosa, Leptogorgia lusitanica e Leptogorgia sarmentosa. As populações de gorgónias são co-dominadas por diferentes espécies que apresentaram elevados índices de associação, indicando reduzidos níveis de competição entre elas. Em todo o caso, a estrutura dos povoamentos diferiu com as condições locais. Todas as espécies evidenciaram padrões de distribuição semelhantes ao longo do gradiente de profundidade, i.e. a abundância aumenta significamente com a profundidade após os 15 m. A profundidades mais baixas (até aos 15 m), a distribuição das gorgónias parece ser condicionada por factores abióticos e pela competição com algas. Com efeito, os padrões de distribuição espacial das espécies de gorgónias na costa algarvia são determinados pela interacção de pressões naturais e antropogénicas (ex. pesca). Ainda que as colónias de maior tamanho não tenham sido restritas a áreas menos pescadas, em áreas mais perturbadas pela pesca, a distribuição dos tamanhos das colónias estava maioritariamente desviada para tamanhos mais pequenos. Os efeitos das perturbações naturais nas populações de gorgónias foram evidenciados pela ocorrência de padrões demográficos distintos em áreas vizinhas sujeitas a níveis semelhantes de pressões antropogénicas. Estes estudos demonstraram, ainda, que os efeitos na distribuição de frequências de tamanho das colónias são dependentes das espécies de gorgónias em causa: Eunicella labiata não parece ser afectada; Leptogorgia sarmentosa é tendencialmente afectada por pressões antropogénicas; Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica aparentam ser afectadas, quer por pressões naturais, quer por pressões antropogénicas. Os efeitos verificados nos padrões da distribuição de frequências de tamanho, particularmente a tendência para o desvio destas frequências para tamanhos mais pequenos em áreas sujeitas a perturbações, poderão ter consequências para a biodiversidade dos fundos sublitorais rochosos na costa algarvia. Com efeito, o presente estudo apoia o paradigma geral de que os corais são habitats que suportam comunidades de elevada biodiversidade e abundância. Num dos poucos estudos que examinam a relação entre as gorgónias e as suas comunidades de invertebrados epibentónicos, foi verificado que as gorgónias (Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica) sustentam comunidades ricas (11 phyla, 181 taxa) e abundantes (7284 indivíduos). Estas comunidades são dominadas por anfípodes, mas os poliquetas tiveram um grande contributo para os níveis elevados de biodiversidade. Verificou-se, igualmente, que o tamanho da colónia desempenha um papel fundamental na biodiversidade, na medida em que as colónias de menor tamanho apresentaram um contributo mais baixo, comparativamente às médias e grandes. Ainda que ambas as gorgónias partilhem a maioria das espécies amostradas, 11 e 18 taxa foram exclusivos de Eunicella gazella e Leptogorgia lusitanica, respectivamente (excluindo indivíduos com presenças únicas). No entanto, a maioria destes taxa eram ou pouco abundantes ou pouco frequentes. A excepção foi a presença de planárias (Turbellaria) de coloração branca nas colónias de Eunicella gazella, provavelmente beneficiando do efeito de camuflagem proporcionado pelos ramos com a mesma coloração. Com efeito, a complementaridade entre as comunidades epibentónicas associadas a ambas as gorgónias diminuiu quando usados os dados de presença/ausência, sugerindo que os padrões de biodiversidade são mais afectados pelas alterações na abundância relativa das espécies dominantes do que pela composição faunística. As comunidades de epifauna bentónica associadas a estas gorgónias não só apresentaram valores elevados de ®-diversidade, como de ¯- diversidade, resultantes de padrões intrincados de variabilidade na sua composição e estrutura. Ainda que o conjunto de espécies disponíveis para colonização seja, na generalidade, o mesmo para ambos os locais, cada colónia apresenta uma parte deste conjunto. Na sua totalidade, as colónias de gorgónias poderão funcionar como uma metacomunidade, mas a estrutura das comunidades associadas a cada colónia (ex. número total de espécies e abundância) parecem depender dos atributos da colónia, nomeadamente superfície disponível para colonização (altura, largura e área), complexidade e heterogeneidade (dimensão fractal e lacunaridade, respectivamente) e cobertura epibentónica “colonial” (ex. fauna colonial e algas macroscópicas; CEC). Numa primeira tentativa para quantificar a relação entre as gorgónias e os invertebrados epibentónicos a elas associados (em termos de abundância e riqueza específica), verificou-se que a natureza e a intensidade destas relações dependem da espécie hospedeira e variam para os grupos taxonómicos principais. No entanto, independentemente do grupo taxonómico, a riqueza específica e a abundância estão significativamente correlacionadas com a CEC. Com efeito, a CEC provavelmente devido a um efeito trófico (aumento da disponibilidade alimentar directo ou indirecto), combinado com a superfície disponível para colonização (efeito espécies-área) foram as variáveis mais relacionadas com os padrões de abundância e riqueza específica. Por outro lado, ainda que a complexidade estrutural seja frequentemente indicada como um dos factores responsáveis pela elevada diversidade e abundância das comunidades bentónicas associadas a corais, a dimensão fractal e a lacunaridade apenas foram relevantes nas comunidades associadas a Leptogorgia lusitanica. A validade do paradigma que defende que a complexidade estrutural promove a biodiversidade poderá ser, então, dependente da escala a que se realizam os estudos. No caso das gorgónias, o efeito da complexidade ao nível dos agregados de gorgónias poderá ser muito mais relevante do que ao nível da colónia individual, reforçando a importância da sua conservação como um todo, por forma a preservar a diversidade de espécies hospedeiras, o seu tamanho e estrutura. Actividades antropogénicas como a pesca, podem, ainda, ter efeitos negativos ao nível da reprodução de espécies marinhas. Analogamente ao verificado para os padrões de distribuição espacial das populações de gorgónias na costa algarvia, a informação relativa à sua reprodução é igualmente escassa. Os estudos realizados em populações de Eunicella gazella a 16m de profundidade, demonstraram que o desenvolvimento anual das estruturas reprodutivas é altamente sincronizado entre os sexos. A razão entre sexos na população foi de 1.09 (F:M), encontrando-se perto da paridade. A espermatogénese estende-se por 6 a 8 meses, enquanto que a oogénese é mais demorada, levando mais de um ano para que os oócitos se desenvolvam até estarem maduros. Antes da libertação dos gâmetas, foi observada uma elevada fecundidade nas fêmeas (27.30§13.24 oócitos pólipo−1) e nos machos (49.30§31.14 sacos espermáticos pólipo−1). Estes valores encontram-se entre os mais elevados reportados à data para zonas temperadas. A libertação dos gâmetas (não há evidência de desenvolvimento larvar, nem à superfície da colónia, nem no seu interior) occorre em Setembro/ Outubro, após um período de elevada temperatura da água do mar. As fêmeas emitem oócitos maduros de elevadas dimensões, retendo, todavia, os oócitos imaturos que se desenvolvem apenas na época seguinte. Ainda que o efeito da pesca nas populações de gorgónias da costa do Algarve seja perceptível, às taxas actuais, o mergulho recreativo não aparenta afectar seriamente estas populações. Contudo, sendo uma indústria em expansão e conhecendo-se a preferência de mergulhadores por áreas rochosas naturais ricas em espécies bentónicas, futuramente poderá vir a afectar estes habitats. A monitorização de mergulhadores na costa algarvia mostrou que a sua maioria (88.6 %) apresenta comportamentos que podem impactar o habitat, com uma taxa média de contactos de 0.340§0.028 contactos min−1. Esta taxa foi mais elevada em mergulhadores com moderada experiência e na fase inicial do mergulho (0–10 min). Os contactos com as barbatanas e mãos foram comuns, resultando, maioritariamente, na resuspensão do sedimento, mas geralmente apresentando um impacto reduzido. Todavia, a fauna também foi afectada, quer por danos físicos, quer pela interacção com os mergulhadores, e num cenário de expansão significativa desta actividade, os impactos na fauna local poderão aumentar, com consequências para os ecossistemas de fundos rochosos da costa sul de Portugal. Na sua globalidade, a informação recolhida nos estudos que contemplam esta tese, por ser em grande parte totalmente nova para a região, espera-se que contribua para a gestão da zona costeira do Algarve.

Structure et dynamique des communautés multi-espèces : le rôle de l’espace

Cette thèse porte sur le rôle de l’espace dans l’organisation et dans la dynamique des communautés écologiques multi-espèces. Deux carences peuvent être identifiées dans les études théoriques actuelles portant sur la dimension spatiale des communautés écologiques : l’insuffisance de modèles multi-espèces représentant la dimension spatiale explicitement, et le manque d’attention portée aux interactions positives, tel le mutualisme, en dépit de la reconnaissance de leur ubiquité dans les systèmes écologiques. Cette thèse explore cette problématique propre à l’écologie des communautés, en utilisant une approche théorique s’inspirant de la théorie des systèmes complexes et de la mécanique statistique. Selon cette approche, les communautés d’espèces sont considérées comme des systèmes complexes dont les propriétés globales émergent des interactions locales entre les organismes qui les composent, et des interactions locales entre ces organismes et leur environnement. Le premier objectif de cette thèse est de développer un modèle de métacommunauté multi-espèces, explicitement spatial, orienté à l’échelle des individus et basé sur un réseau d’interactions interspécifiques générales comprenant à la fois des interactions d’exploitation, de compétition et de mutualisme. Dans ce modèle, les communautés locales sont formées par un processus d’assemblage des espèces à partir d’un réservoir régional. La croissance des populations est restreinte par une capacité limite et leur dynamique évolue suivant des mécanismes simples de reproduction et de dispersion des individus. Ces mécanismes sont dépendants des conditions biotiques et abiotiques des communautés locales et leur effet varie en fonction des espèces, du temps et de l’espace. Dans un deuxième temps, cette thèse a pour objectif de déterminer l’impact d’une connectivité spatiale croissante sur la dynamique spatiotemporelle et sur les propriétés structurelles et fonctionnelles de cette métacommunauté. Plus précisément, nous évaluons différentes propriétés des communautés en fonction du niveau de dispersion des espèces : i) la similarité dans la composition des communautés locales et ses patrons de corrélations spatiales; ii) la biodiversité locale et régionale, et la distribution locale de l’abondance des espèces; iii) la biomasse, la productivité et la stabilité dynamique aux échelles locale et régionale; et iv) la structure locale des interactions entre les espèces. Ces propriétés sont examinées selon deux schémas spatiaux. D’abord nous employons un environnement homogène et ensuite nous employons un environnement hétérogène où la capacité limite des communautés locales évoluent suivant un gradient. De façon générale, nos résultats révèlent que les communautés écologiques spatialement distribuées sont extrêmement sensibles aux modes et aux niveaux de dispersion des organismes. Leur dynamique spatiotemporelle et leurs propriétés structurelles et fonctionnelles peuvent subir des changements profonds sous forme de transitions significatives suivant une faible variation du niveau de dispersion. Ces changements apparaissent aussi par l’émergence de patrons spatiotemporels dans la distribution spatiale des populations qui sont typiques des transitions de phases observées généralement dans les systèmes physiques. La dynamique de la métacommunauté présente deux régimes. Dans le premier régime, correspondant aux niveaux faibles de dispersion des espèces, la dynamique d’assemblage favorise l’émergence de communautés stables, peu diverses et formées d’espèces abondantes et fortement mutualistes. La métacommunauté possède une forte diversité régionale puisque les communautés locales sont faiblement connectées et que leur composition demeure ainsi distincte. Par ailleurs dans le second régime, correspondant aux niveaux élevés de dispersion, la diversité régionale diminue au profit d’une augmentation de la diversité locale. Les communautés locales sont plus productives mais leur stabilité dynamique est réduite suite à la migration importante d’individus. Ce régime est aussi caractérisé par des assemblages incluant une plus grande diversité d’interactions interspécifiques. Ces résultats suggèrent qu’une augmentation du niveau de dispersion des organismes permet de coupler les communautés locales entre elles ce qui accroît la coexistence locale et favorise la formation de communautés écologiques plus riches et plus complexes. Finalement, notre étude suggère que le mutualisme est fondamentale à l’organisation et au maintient des communautés écologiques. Les espèces mutualistes dominent dans les habitats caractérisés par une capacité limite restreinte et servent d’ingénieurs écologiques en facilitant l’établissement de compétiteurs, prédateurs et opportunistes qui bénéficient de leur présence.

Urban amphibian assemblages as metacommunities

1. Urban ecosystems are expanding throughout the world, and urban ecology is attracting increasing research interest. Some authors have questioned the value of existing ecological theories for understanding the processes and consequences of urbanization.
2. In order to assess the applicability of metacommunity theory to urban systems, I evaluated three assumptions that underlie the theory – the effect of patch area, the effect of patch isolation, and species–environment relations – using data on assemblages of pond-breeding amphibians in the Greater Melbourne area of Australia. I also assessed the relative impact of habitat fragmentation, habitat isolation, and changes to habitat quality on these assemblages.
3. Poisson regression modelling provided support for an important increase in species richness with patch area (pond size) and a decrease in species richness with increasing patch isolation, as measured by surrounding road cover. Holding all other variables constant, species richness was predicted to be 2·8–5·5 times higher at the largest pond than at the smallest, while the most isolated pond was predicted to have 12–19% of the species richness of the least isolated pond. Thus, the data were consistent with the first two assumptions of metacommunity theory evaluated.
4. The quality of habitat at a pond was also important, with a predicted 44–56% decrease in the number of species detected at ponds with a surrounding vertical wall compared with those with a gently sloping bank. This demonstrates that environmental differences between habitat patches were also influencing amphibian assemblages, providing support for the species-sorting and/or mass-effect perspectives of metacommunity theory.
5. Without management intervention, urbanization may lead to a reduction in the number of amphibian species persisting in urban ponds, particularly where increasing isolation of ponds by roads and associated infrastructure reduces the probability of re-colonization following local extinction.

Spatio-temporal segregation and size distribution of fish assemblages as related to non-native species occurrence in the middle rio Doce Valley, MG, Brazil

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

A critical analysis of the ubiquity of linear local-regional richness relationships

Synthesis Despite theoretical criticisms, the ubiquity of linear relationships between local and regional species richness has long been used to justify it as a valid framework to conclude that local communities are not saturated with species. However, we reanalyzed published studies with a new unbiased method and found no prevalence of linear relationships and more than 40% of misclassifications, including textbook examples. We thus conclude that the prevailing argument in favor of associating a valid ecological interpretation to local-regional species richness plots, its ubiquity, is not sustained, and that ecologists could use for instance metacommunity theory to make inference on the strength of local and regional processes. Identifying the relative importance of regional and local processes to local species diversity is a central issue to many questions in basic and applied ecology. One widely-used method is to plot local species richness against its regional richness to infer whether regional or local processes determine local diversity. However, this method increases the tendency to find regional prevalence as suggested by a recent simulation. We reanalyzed studies in the literature with an unbiased method and found no prevalence of either regional or local processes. In addition, almost 40% of the studies and 50% of the ecology textbook examples using the traditional method were misclassified. Our findings reinforce the need of alternative, novel tools identified by for instance metacommunity theory to go beyond the studies of local-regional relationships in the ecological literature that focus on the interdependence of regional and local processes.© 2013 The Authors. Oikos © 2013 Nordic Society Oikos.

Influência relativa de parâmetros ambientais e espaciais na diversidade de anuros (Amphibia: Anura) dos Campos Gerais, Paraná, Brasil

Pós-graduação em Biologia Animal - IBILCE

Variance partitioning of deconstructed periphyton communities: does the use of biological traits matter?

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Nutrient enrichment is related to two facets of beta diversity for stream invertebrates across the united states

Beta diversity, the spatial or temporal variability of species composition, is a key concept in community ecology. However, our ability to predict the relative importance of the main drivers of beta diversity (e. g., environmental heterogeneity, dispersal limitation, and environmental productivity) remains limited. Using a comprehensive data set on stream invertebrate assemblages across the continental United States, we found a hump-shaped relationship between beta diversity and within-ecoregion nutrient concentrations. Within-ecoregion compositional dissimilarity matrices were mainly related to environmental distances in most of the 30 ecoregions analyzed, suggesting a stronger role for species-sorting than for spatial processes. The strength of these relationships varied considerably among ecoregions, but they were unrelated to within-ecoregion environmental heterogeneity or spatial extent. Instead, we detected a negative correlation between the strength of species sorting and nutrient concentrations. We suggest that eutrophication is a major mechanism disassembling invertebrate assemblages in streams at a continental scale.

Perspectives on the use of lakes and ponds as model systems for macroecological research

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

The roles of environmental conditions and spatial factors in controlling stream macroalgal communities

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

O papel dos fatores ambientais e espaciais sobre a fauna de Ephemeroptera (insecta) em riachos de mata atlântica

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

A comparative analysis reveals weak relationships between ecological factors and beta diversity of stream insect metacommunities at two spatial levels

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Dominant predators mediate the impact of habitat size on trophic structure in bromeliad invertebrate communities

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Estruturação de metacomunidades de girinos em diferentes fitofisionomias da Mata Atlântica: uma análise em diferentes escalas espaciais

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)