Diversidad funcional y diversidad filogenética en los bosques secos del sur del Ecuador

El concepto tradicional de reglas de ensamblaje refleja la idea de que las especies no co-ocurren al azar sino que están restringidos en su co-ocurrencia por la competencia interespecífica o por un filtrado ambiental. En está tesis abordé la importancia de los procesos que determinan el ensamble de la comunidad en la estructuración de los Bosques Secos en el Sur del Ecuador. Este estudio se realizó en la región biogeográfica Tumbesina, donde se encuentra la mayor concentración de bosques secos tropicales bien conservados del sur de Ecuador, y que constituyen una de las áreas de endemismo más importantes del mundo. El clima se caracteriza por una estación seca que va desde mayo a diciembre y una estación lluviosa de enero a abril, su temperatura anual varía entre 20°C y 26°C y una precipitación promedio anual entre 300 y 700 mm. Mi primer tema fue orientado a evaluar si la distribución de los rasgos funcionales a nivel comunitario es compatible con la existencia de un filtro ambiental (filtrado del hábitat) o con la existencia de un proceso de limitación de la semejanza funcional impuesta por la competencia inter-específica entre 58 especies de plantas leñosas repartidas en 109 parcelas (10x50m). Para ello, se analizó la distribución de los valores de cinco rasgos funcionales (altura máxima, densidad de la madera, área foliar específica, tamaño de la hoja y de masa de la semilla), resumida mediante varios estadísticos (rango, varianza, kurtosis y la desviación estándar de la distribución de distancias funcionales a la especies más próxima) y se comparó con la distribución esperada bajo un modelo nulo con ausencia de competencia. Los resultados obtenidos apoyan que tanto el filtrado ambiental como la limitación a la semejanza afectan el ensamble de las comunidades vegetales de los bosques secos Tumbesinos. Un segundo tema fue identificar si la diversidad funcional está condicionada por los gradientes ambientales, y en concreto si disminuye en los ambientes más estresantes a causa del filtrado ambiental, y si por el contrario aumenta en los ambientes más benignos donde la competencia se vuelve más importante, teniendo en cuenta las posibles modificaciones a este patrón general a causa de las interacciones de facilitación. Para abordar este estudio analizamos tanto las variaciones en la diversidad funcional (respecto a los de los cinco rasgos funcionales empleados en el primer capítulo de la tesis) como las variaciones de diversidad filogenética a lo largo de un gradiente de estrés climático en los bosques tumbesinos, y se contrastaron frente a las diversidades esperadas bajo un modelo de ensamblaje completamente aleatorio de la comunidad. Los análisis mostraron que tan sólo la diversidad de tamaños foliares siguió el patrón de variación esperado, disminuyendo a medida que aumentó el estrés abiótico mientras que ni el resto de rasgos funcionales ni la diversidad funcional multivariada ni la diversidad filogenética mostraron una variación significativa a lo largo del gradiente ambiental. Un tercer tema fue evaluar si los procesos que organizan la estructura funcional de la comunidad operan a diferentes escalas espaciales. Para ello cartografié todos los árboles y arbustos de más de 5 cm de diámetro en una parcela de 9 Ha de bosque seco y caractericé funcionalmente todas las especies. Dicha parcela fue dividida en subparcelas de diferente tamaño, obteniéndose subparcelas a seis escalas espaciales distintas. Los resultados muestran agregación de estrategias funcionales semejantes a escalas pequeñas, lo que sugiere la existencia bien de filtros ambientales actuando a escala fina o bien de procesos competitivos que igualan la estrategia óptima a dichas escalas. Finalmente con la misma información de la parcela permanente de 9 Ha. Nos propusimos evaluar el efecto y comportamiento de las especies respecto a la organización de la diversidad taxonómica, funcional y filogenética. Para ello utilicé tres funciones sumario espaciales: ISAR- para el nivel taxonómico, IFDAR para el nivel funcional y IPSVAR para el nivel filogenética y las contrastamos frente a modelos nulos que describen la distribución espacial de las especies individuales. Los resultados mostraron que en todas las escalas espaciales consideradas para ISAR, IFDAR y IPSVAR, la mayoría de las especies se comportaron como neutras, es decir, que están rodeados por la riqueza de diversidad semejante a la esperada. Sin embargo, algunas especies aparecieron como acumuladoras de diversidad funcional y filogenética, lo que sugiere su implicación en procesos competitivos de limitación de la semejanza. Una pequeña proporción de las especies apareció como repelente de la diversidad funcional y filogenética, lo que sugiere su implicación en un proceso de filtrado de hábitat. En este estudio pone de relieve cómo el análisis de las dimensiones alternativas de la biodiversidad, como la diversidad funcional y filogenética, puede ayudarnos a entender la co-ocurrencia de especies en diversos ensambles de comunidad. Todos los resultados de este estudio aportan nuevas evidencias de los procesos de ensamblaje de la comunidad de los Bosques Estacionalmente secos y como las variables ambientales y la competencia juegan un papel importante en la estructuración de la comunidad. ABSTRACT The traditional concept of the rules assembly for species communities reflects the idea that species do not co-occur at random but are restricted in their co-occurrence by interspecific competition or an environmental filter. In this thesis, I addressed the importance of the se processes in the assembly of plant communities in the dry forests of southern Ecuador. This study was conducted in the biogeographic region of Tumbesina has the largest concentration of well-conserved tropical dry forests of southern Ecuador, and is recognized as one of the most important areas of endemism in the world. The climate is characterized by a dry season from May to December and a rainy season from January to April. The annual temperature varies between 20 ° C and 26 ° C and an average annual rainfall between 300 and 700 mm. I first assessed whether the distribution of functional traits at the level of the community is compatible with the existence of an environmental filter (imposed by habitat) or the existence of a limitation on functional similarity imposed by interspecific competition. This analysis was conducted for 58 species of woody plants spread over 109 plots of 10 x 50 m. Specifically, I compared the distribution of values of five functional traits (maximum height, wood density, specific leaf area, leaf size and mass of the seed), via selected statistical properties (range, variance, kurtosis and analyzed the standard deviation of the distribution of the closest functional species) distances and compared with a expected distribution under a null model of no competition. The results support that both environmental filtering and a limitation on trait similarity affect the assembly of plant communities in dry forests Tumbesina. My second chapter evaluated whether variation in functional diversity is conditioned by environmental gradients. In particular, I tested whether it decreases in the most stressful environments because of environmental filters, or if, on the contrary, functional diversity is greater in more benign environments where competition becomes more important (notwithstanding possible changes to this general pattern due to facilitation). To address this theme I analyzed changes in both the functional diversity (maximum height, wood density, specific leaf area, leaf size and mass of the seed) and the phylogenetic diversity, along a gradient of climatic stress in Tumbes forests. The observed patterns of variation were contrasted against the diversity expected under a completely random null model of community assembly. Only the diversity of leaf sizes followed the hypothesis decreasing in as trait variation abiotic stress increased, while the other functional traits multivariate functional diversity and phylogenetic diversity no showed significant variation along the environmental gradient. The third theme assess whether the processes that organize the functional structure of the community operate at different spatial scales. To do this I mapped all the trees and shrubs of more than 5 cm in diameter within a plot of 9 hectares of dry forest and functionally classified each species. The plot was divided into subplots of different sizes, obtaining subplots of six different spatial scales. I found aggregation of similar functional strategies at small scales, which may indicate the existence of environmental filters or competitive processes that correspond to the optimal strategy for these fine scales. Finally, with the same information from the permanent plot of 9 ha, I evaluated the effect and behavior of individual species on the organization of the taxonomic, functional and phylogenetic diversity. The analysis comprised three spatial summary functions: ISAR- for taxonomic level analysis, IFDAR for functional level analysis, and IPSVAR for phylogenetic level analysis, in each case the pattern of diversity was contrasted against null models that randomly reallocate describe the spatial distribution of individual species and their traits. For all spatial scales considering ISAR, IFDAR and IPSVAR, most species behaved as neutral, i.e. they are surrounded by the diversity of other traits similar to that expected under a null model. However, some species appeared as accumulator of functional and phylogenetic diversity, suggesting that they may play a role in competitive processes that limiting similarity. A small proportion of the species appeared as repellent of functional and phylogenetic diversity, suggesting their involvement in a process of habitat filtering. These analysis highlights that the analysis of alternative dimensions of biodiversity, such as functional and phylogenetic diversity, can help us understand the co-occurrence of species in the assembly of biotic communities. All results of this study provide further evidence of the processes of assembly of the community of the seasonally dry forests as environmental variables and competition play an important role in structuring the community.

Anatomia ecológica do lenho de espécies arbustivas e arbóreas que ocorrem naturalmente em bosques com drástico gradiente de precipitação ao Noroeste da Patagônia, Argentina

A utilização de gradientes ambientais no estudo de comunidades vegetais possibilita a eleição de sítios onde há a predominância de um fator abiótico que determina o sucesso ou o fracasso de espécies ao longo de sua extensão. Entre as inúmeras ferramentas utilizadas no estudo de gradientes climáticos, se destaca a anatomia do lenho, pois, é um ramo da ciência que permite analisar, além dos aspectos espaciais, os aspectos temporais dos sítios por meio dos anéis de crescimento. Além disso, a ampla distribuição das plantas lenhosas ao longo do globo possibilita análises em praticamente todos os tipos de biomas e ecossistemas terrestres. Dentro desse contexto estão os bosques andino-patagônicos de Araucaria araucana (Pehuén) ao norte de sua distribuição na Argentina. Esses bosques ocupam territórios caracterizados por um acentuado gradiente de precipitação, que vai de cerca de 3000 a 100 milímetros anuais, entre a cordilheira do Andes e a estepe patagônica, que os define como bosques mésicos e xéricos, com diferenças ecológicas que condicionam a formação vegetal, dinâmica, estrutura, relações com o clima e vulnerabilidade em cenários de mudanças ambientais. O objetivo do projeto foi descrever e analisar comparativamente a estrutura anatômica do lenho de 33 espécies arbóreas e arbustivas ocorrentes ao longo de um gradiente de precipitação, entre a encosta da cordilheira dos Andes e a estepe Patagônica, para verificar possíveis alterações anatômicas que permitam a determinação de tendências e elucidem os limites de distribuição das espécies. Foram coletadas amostras não destrutivas de lenho durante três expedições para a Patagônia entre 2012 e 2014, seguidas de procedimentos laboratoriais de confeccção de lâminas histológicas, preparo de amostras para análises dendrocronológicas, captura de imagens com câmeras acopladas a microscópios óptico e eletrônico de varredura, mensurações, descrições e análises comparativas com o auxílio de softwares. Foram identificados caracteres anatômicos exclusivos de sítios secos e úmidos que permitiram a caracterização, posicionamento ao longo do gradiente de precipitação e grupamento de espécies xerófitas e mesófitas; A ultra-estrutura das pontoações de traqueídeos de Araucaria araucana apresentou diferenças marcantes na frequência e porosidade de suas membranas, sendo maior e menos porosas em sítios xéricos, e menor e mais porosas nos mésicos; a chave dicotômica microscópica permitiu a identificação das 32 espécies arbustivas, as espécies Chuquiraga oppositifolia e Nothofagus antarctica apresentaram potencial dendrocronológico, e foram identificadas tendências anatômicas latitudinais influenciadas pelo clima nos extremos da América do Sul. A anatomia do lenho se mostrou uma ferramenta confiável no estudo de um gradiente de precipitação na Patagônia argentina, e os resultados apontam para riscos de embolismos e morte induzida por falha no sistema hidráulico de Araucaria araucana ao longo de todo o gradiente, em função do atual cenário climático, e suas projeções em médio e longo prazos.

Fatores abióticos condicionantes da distribuição de espécies arbóreas em quatro formações florestais do Estado de São Paulo

No estudo das comunidades florestais, estabelecer a importância relativa dos fatores que definem a composição e a distribuição das espécies é um desafio. Em termos de gradientes ambientais o estudo das respostas das espécies arbóreas são essenciais para a compreensão dos processos ecológicos e decisões de conservação. Neste sentido, para contribuir com a elucidação dos processos ecológicos nas principais formações florestais do Estado de São Paulo (Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas, Floresta Ombrófila Densa Submontana, Floresta Estacional Semidecidual e Savana Florestada) este trabalho objetivou responder as seguintes questões: (I) a composição florística e a abundância das espécies arbóreas, em cada unidade fitogeográfica, variam conforme o gradiente edáfico e topográfico?; (II) características do solo e topografia podem influenciar na previsibilidade de ocorrência de espécies arbóreas de ampla distribuição em diferentes tipos vegetacionais? (III) existe relação entre o padrão de distribuição espacial de espécies arbóreas e os parâmetros do solo e topografia? O trabalho foi realizado em parcelas alocadas em unidades de conservação (UC) que apresentaram trechos representativos, em termos de conservação e tamanho, das quatro principais formações florestais presentes no Estado de São Paulo. Em cada UC foram contabilizados os indivíduos arbóreos (CAP ≥ 15 cm), topografia, dados de textura e atributos químicos dos solos em uma parcela de 10,24 ha, subdividida em 256 subparcelas. Análises de correspodência canônica foram aplicadas para estabelecer a correspondência entre a abundância das espécies e o gradiente ambiental (solo e topografia). O método TWINSPAN modificado foi aplicado ao diagrama de ordenação da CCA para avaliar a influência das variáveis ambientais (solo e topografia) na composição de espécies. Árvores de regressão \"ampliadas\" (BRT) foram ajustadas para a predição da ocorrência das espécies segundo as variáveis de solo e topografia. O índice de Getis-Ord (G) foi utilizado para determinar a autocorrelação espacial das variáveis ambientais utilizadas nos modelos de predição da ocorrência das espécies. Nas unidades fitogeográficas analisadas, a correspondência entre o gradiente ambiental (solo e topografia) e a abundância das espécies foi significativa, especialmente na Savana Florestada onde observou-se a maior relação. O solo e a topografia também se relacionaram com a semelhança na composição florística das subparcelas, com exceção da Floresta Estacional Semicidual (EEC). As principais variáveis de solo e topografia relacionadas a flora em cada UC foram: (1) Na Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas (PEIC) - teor de alumínio na camada profunda (Al (80-100 cm)) que pode refletir os teor de Al na superfície, acidez do solo (pH(H2O) (5-25 cm)) e altitude, que delimitou as áreas alagadas; (2) Na Floresta Ombrófila Densa Submontana (PECB) - altitude, fator que, devido ao relevo acidentado, influencia a temperatura e incidência de sol no sub-bosque; (3) Na Savana Florestada (EEA) - fertilidade, tolerância ao alumínio e acidez do solo. Nos modelos de predição BRT, as variáveis químicas dos solos foram mais importantes do que a textura, devido à pequena variação deste atributo no solo nas áreas amostradas. Dentre as variáveis químicas dos solos, a capacidade de troca catiônica foi utilizada para prever a ocorrência das espécies nas quatro formações florestais, sendo particularmente importante na camada mais profunda do solo da Floresta Ombrófila Densa de Terras Baixas (PEIC). Quanto à topografia, a altitude foi inserida na maioria dos modelos e apresentou diferentes influências sobre as áreas de estudo. De modo geral, para presença das espécies de ampla distribuição observou-se uma mesma tendência quando à associação com os atributos dos solos, porém com amplitudes dos descritores edáficos que variaram de acordo com a área de estudo. A ocorrência de Guapira opposita e Syagrus romanzoffiana, cujo padrão variou conforme a escala, foi explicada por variáveis com padrões espaciais agregados que somaram entre 30% e 50% de importância relativa no modelo BRT. A presença de A. anthelmia, cujo padrão também apresentou certo nível de agregação, foi associada apenas a uma variável com padrão agregado, a altitude (21%), que pode ter exercido grande influência na distribuição da espécie ao delimitar áreas alagadas. T. guianensis se associou a variáveis ambientais preditoras com padrão espacial agregado que somaram cerca de 70% de importância relativa, o que deve ter sido suficiente para estabelecer o padrão agregado em todas as escalas. No entanto, a influência dos fatores ambientais no padrão de distribuição da espécie não depende apenas do ótimo ambiental da espécie, mas um resultado da interação espécie-ambiente. Concluiu-se que: (I) características edáficas e topográficas explicaram uma pequena parcela da composição florística, em cada unidade fitogeográfica, embora a ocorrência de algumas espécies tenha se associado ao gradiente edáfico e topográfico; (II) a partir de características dos solos e da topografia foi possível prever a presença de espécies arbóreas, que apresentaram particularidades em relação a sua associação com o solo de cada fitofisionomia; (III) a partir de associações descritivas o solo e a topografia influenciam o padrão de distribuição espacial das espécies, na proporção em que contribuem para a presença das mesmas.

Abundancia y distribución de especies depredadoras sometidas a control en gestión cinegética: estudio de caso representativo de la urraca (Pica pica) en la comarca de la Marina Baja

El presente estudio tiene como objeto analizar la abundancia y distribución de la urraca en función de las diferentes matrices de usos del suelo y gradientes ambientales. Este trabajo se ha centrado en la Comarca de la Marina Baja (Alicante), una región con 578,8 Km² de superficie. La zona cuenta con una vegetación climática de carrascal de termotipo mesomediterráneo y ombrotipo seco y subhúmedo. Se han realizado un total de 396 transectos para estimar la abundancia de la urraca durante los años 2006-2008, en diferentes matrices del paisaje: natural, abandono, regadío y secano. Las abundancias relativas, la evolución de la especie, el efecto sobre otras especies de caza y el efecto que tiene el control poblacional de las urracas se ha obtenido de 21 encuestas realizadas a los gestores de los terrenos cinegéticos. El análisis de los resultados, muestra una mayor abundancia de los individuos en zonas de cultivo de secano (IKA=0.76 aves/km) y cultivos abandonados (IKA=0.73 aves/km), siendo los valores medios anuales cada vez mayores desde el inicio del muestreo. El análisis múltiple de regresión lineal de la abundancia de urraca con la matriz de usos del suelo muestra una relación significativa y positiva con el abandono antiguo (p<0.01), el frutal de secano y las zonas húmedas (p<0.05), mientras que no hay relación significativa (p>0.05) con los índices del paisaje. El análisis ANOVA muestra que las variables significativas influyentes sobre el número de urracas son: matriz de usos del suelo, latitud/ombroclima, continentalidad y la interacción usos del suelo:continentalidad (p<0.05). La urraca ha experimentado un aumento en sus poblaciones desde principios de la primera década del actual siglo. Los cotos que realizan un control sobre la población de urracas tienen un efecto positivo que se ve reflejado en la menor afección sobre otras especies cinegéticas.

Intraspecific Behavioural Diversity in a Freshwater Zooplankton: A study of the fitness consequences of vertical migration behaviour for distinct morphs of Daphnia pulicaria

The literature on niche separation and coexistence between species is large, but there is widespread variation in behavioural strategy between individuals of the same species that has received much less attention. Understanding what maintains this diversity is important because intraspecific behavioural diversity can affect population dynamics and community interactions. Multiple behavioural strategies can arise either as phenotype-dependent ‘conditional strategies’, where phenotypic variation causes individuals to adopt different strategies for optimizing fitness, or as internally-independent ‘alternative strategies’, where multiple fitness peaks exist for individuals and strategic ‘choice’ remains plastic. Though intraspecific variation in stable phenotypes is known to maintain intraspecific behavioural diversity through conditional strategies, when internal conditions are highly plastic or reversible, it is not clear whether individual behaviours are maintained as conditional strategies, or as alternative strategies of equal fitness. In this study, I combine an observational and experimental approach to identify the likely mechanisms maintaining behavioural diversity between hemoglobin-rich and hemoglobin-poor morphs in a natural population of Daphnia pulicaria. In Round Lake, individuals with low hemoglobin migrate daily from the hypolimnion to the epilimnion, whereas individuals with high hemoglobin remain in the hypolimnion. Using high-resolution depth and time sampling, I discovered behavioural diversity both within and among hemoglobin phenotypes. I tested the role of hemoglobin phenotype in maintaining behavioural diversity using automated migration robots that move individuals across the natural environmental gradients in the lake. By measuring the fitness of each morph undergoing either a natural migration behaviour, or the migration of the opposite morph, I found that the fitness of hemoglobin rich and poor morphs in their natural behaviour does not differ, but that Hb-rich individuals can obtain equal fitness from either behaviour, while Hb-poor morphs suffer substantial drops in survivorship in the alternate migration behaviour. Thus, migration behaviour in this system exists as a conditional strategy for some individuals, and as alternative strategies of equal fitness for others. The results of this study suggest that individual limits in the expression of highly flexible internal conditions can reinforce intraspecific behavioural diversity. Few studies have measured the fitness consequences of switching migration strategies and this study provides a rare example in the field.

Dinoflagellate cysts in surface sediment samples of METEOR cruises M20/2, M23/1, M34/1, M34/2, M34/3 and M34/4

To enhance the limited information available about the palaeo-ecological significance of calcareous dinoflagellates, we have studied their lateral distribution in surface sediments of the equatorial and south Atlantic between 13°N and 36°S. Calcareous dinoflagellate cysts appear to be widely distributed throughout the studied area. In the surface sediments, concentrations (cyst per gram dry sediment) of the vegetative stage Thoracosphaera heimii are generally higher than that of the (presumably) calcareous resting cysts. Distribution patterns in surface sediments of Orthopithonella granifera (Fütterer) Keupp and Versteegh, Rhabdothorax spp. Kamptner., Sphaerodinella albatrosiana (Kamptner) Keupp and Versteegh S. albatrosiana praratabulated, Sphaerodinella tuberosa var. 1 (Kamptner) Keupp and Versteegh and S. tuberosa var. 2 and the ratios between these species have been compared with temperature, salinity, density and stratification gradients in the upper water column. Rhabdothorax spp. is characteristically present in sediments of more temperate regions characterized by high seasonality. Dinoflagellates producing these cysts are able to tolerate high nutrient concentrations, and mixing of the water column. S. albatrosiana is abundant in regions characterized by high sea surface temperatures and oligotrophic surface water conditions. In contrast, the distribution of S. tuberosa var. 2 is negatively related to temperature. The other cyst species did not show a characteristic pattern in relation to the studied environmental gradients. The ratio of Sphaerodinella tuberosa var. 2 to Orthopithonella granifera can be used for reconstructing the presence of stratification in the upper 50 m of the water column, whereas the ratios of S. tuberosa var. 2 to Sphaerodinella albatrosiana and of O. granifera to Rhabdothorax spp. might be used for palaeotemperature reconstructions. Calcareous dinoflagellate cysts are abundant in oligotrophic areas and may be useful for the reconstruction of palaeoenvironmental conditions.

Calcareous dinoflagellates in the eastern equatorial Atlantic

Sediments of the Equatorial Atlantic (core GeoB 1105-4) have been investigated for both calcareous dinoflagellates and organic-walled dinoflagellate cysts. In order to determine the ecological affinity of calcareous dinoflagellates the statistical methods of Detrended Correspondence Analysis (DCA) and Redundancy Analysis (RDA) were used. Utilising DCA, distribution patterns of calcareous dinoflagellates have been compared with those of the ecologically much better known organic-walled dinoflagellate cysts. This method was also used to determine which environmental gradients have a major influence on the species composition. By using existing environmental information based on benthic and planktic foraminifera, such as Sea Surface Temperature (SST) and stable oxygen and carbon isotopes, as well as information on the amount of Calcium Carbonate and Total Organic Carbon (TOC) in bottom sediments, these gradients could be interpreted in terms of productivity and glacial-interglacial trends. Using RDA, the direct relationships between the distribution patterns of calcareous dinoflagellates with the above mentioned external variables could be determined. For the studied region and time interval (141-6.7 ka) the calcareous dinoflagellates show enhanced abundances in periods with reduced productivity most probably related to decreased divergence and relatively stratified, oligotrophic oceanic conditions.

Assembly processes of invertebrate communities in springs across different spatial scales

Il presente lavoro ha lo scopo di comprendere i processi sottesi ai pattern di coesistenza tra le specie di invertebrati sorgentizi, distinguendo tra dinamiche stocastiche e deterministiche. Le sorgenti sono ecosistemi complessi e alcune loro caratteristiche (ad esempio l’insularità, la stabilità termica, la struttura ecotonale “a mosaico”, la frequente presenza di specie rare ed endemiche, o l’elevata diversità in taxa) le rendono laboratori naturali utili allo studio dei processi ecologici, tra cui i processi di assembly. Al fine di studiare queste dinamiche è necessario un approccio multi-scala, per questo motivi sono state prese in considerazione tre scale spaziali. A scala locale è stato compiuto un campionamento stagionale su sette sorgenti (quattro temporanee e tre permanenti) del Monte Prinzera, un affioramento ofiolitico vicino alla città di Parma. In questa area sono stati valutati l’efficacia e l’impatto ambientale di diversi metodi di campionamento e sono stati analizzati i drivers ecologici che influenzano le comunità. A scala più ampia sono state campionate per due volte 15 sorgenti della regione Emilia Romagna, al fine di identificare il ruolo della dispersione e la possibile presenza di un effetto di niche-filtering. A scala continentale sono state raccolte informazioni di letteratura riguardanti sorgenti dell’area Paleartica occidentale, e sono stati studiati i pattern biogeografici e l’influenza dei fattori climatici sulle comunità. Sono stati presi in considerazione differenti taxa di invertebrati (macroinvertebrati, ostracodi, acari acquatici e copepodi), scegliendo tra quelli che si prestavano meglio allo studio dei diversi processi in base alle loro caratteristiche biologiche e all’approfondimento tassonomico raggiungibile. I campionamenti biologici in sorgente sono caratterizzati da diversi problemi metodologici e possono causare impatti sugli ambienti. In questo lavoro sono stati paragonati due diversi metodi: l’utilizzo del retino con un approccio multi-habitat proporzionale e l’uso combinato di trappole e lavaggio di campioni di vegetazione. Il retino fornisce dati più accurati e completi, ma anche significativi disturbi sulle componenti biotiche e abiotiche delle sorgenti. Questo metodo è quindi raccomandato solo se il campionamento ha come scopo un’approfondita analisi della biodiversità. D’altra parte l’uso delle trappole e il lavaggio della vegetazione sono metodi affidabili che presentano minori impatti sull’ecosistema, quindi sono adatti a studi ecologici finalizzati all’analisi della struttura delle comunità. Questo lavoro ha confermato che i processi niche-based sono determinanti nello strutturare le comunità di ambienti sorgentizi, e che i driver ambientali spiegano una rilevante percentuale della variabilità delle comunità. Infatti le comunità di invertebrati del Monte Prinzera sono influenzate da fattori legati al chimismo delle acque, alla composizione e all’eterogeneità dell’habitat, all’idroperiodo e alle fluttuazioni della portata. Le sorgenti permanenti mostrano variazioni stagionali per quanto riguarda le concentrazioni dei principali ioni, mentre la conduttività, il pH e la temperatura dell’acqua sono più stabili. È probabile che sia la stabilità termica di questi ambienti a spiegare l’assenza di variazioni stagionali nella struttura delle comunità di macroinvertebrati. L’azione di niche-filtering delle sorgenti è stata analizzata tramite lo studio della diversità funzionale delle comunità di ostracodi dell’Emilia-Romagna. Le sorgenti ospitano più del 50% del pool di specie regionale, e numerose specie sono state rinvenute esclusivamente in questi habitat. Questo è il primo studio che analizza la diversità funzionale degli ostracodi, è stato quindi necessario stilare una lista di tratti funzionali. Analizzando il pool di specie regionale, la diversità funzionale nelle sorgenti non è significativamente diversa da quella misurata in comunità assemblate in maniera casuale. Le sorgenti non limitano quindi la diversità funzionale tra specie coesistenti, ma si può concludere che, data la soddisfazione delle esigenze ecologiche delle diverse specie, i processi di assembly in sorgente potrebbero essere influenzati da fattori stocastici come la dispersione, la speciazione e le estinzioni locali. In aggiunta, tutte le comunità studiate presentano pattern spaziali riconoscibili, rivelando una limitazione della dispersione tra le sorgenti, almeno per alcuni taxa. Il caratteristico isolamento delle sorgenti potrebbe essere la causa di questa limitazione, influenzando maggiormente i taxa a dispersione passiva rispetto a quelli a dispersione attiva. In ogni caso nelle comunità emiliano-romagnole i fattori spaziali spiegano solo una ridotta percentuale della variabilità biologica totale, mentre tutte le comunità risultano influenzate maggiormente dalle variabili ambientali. Il controllo ambientale è quindi prevalente rispetto a quello attuato dai fattori spaziali. Questo risultato dimostra che, nonostante le dinamiche stocastiche siano importanti in tutte le comunità studiate, a questa scala spaziale i fattori deterministici ricoprono un ruolo prevalente. I processi stocastici diventano più influenti invece nei climi aridi, dove il disturbo collegato ai frequenti eventi di disseccamento delle sorgenti provoca una dinamica source-sink tra le diverse comunità. Si è infatti notato che la variabilità spiegata dai fattori ambientali diminuisce all’aumentare dell’aridità del clima. Disturbi frequenti potrebbero provocare estinzioni locali seguite da ricolonizzazioni di specie provenienti dai siti vicini, riducendo la corrispondenza tra gli organismi e le loro richieste ambientali e quindi diminuendo la quantità di variabilità spiegata dai fattori ambientali. Si può quindi concludere che processi deterministici e stocastici non si escludono mutualmente, ma contribuiscono contemporaneamente a strutturare le comunità di invertebrati sorgentizi. Infine, a scala continentale, le comunità di ostracodi sorgentizi mostrano chiari pattern biogeografici e sono organizzate lungo gradienti ambientali principalmente collegati altitudine, latitudine, temperatura dell’acqua e conducibilità. Anche la tipologia di sorgente (elocrena, reocrena o limnocrena) è influente sulla composizione delle comunità. La presenza di specie rare ed endemiche inoltre caratterizza specifiche regioni geografiche.

Quantitative diatom-based reconstruction of paleoenvironmental conditions in Florida Bay and Biscayne Bay, U.S.A.

The spatial and temporal distribution of modern diatom assemblages in surface sediments, on the most dominant macrophytes, and in the water column at 96 locations in Florida Bay, Biscayne Bay and adjacent regions were examined in order to develop paleoenvironmental prediction models for this region. Analyses of these distributions revealed distinct temporal and spatial differences in assemblages among the locations. The differences among diatom assemblages living on subaquatic vegetation and sediments, and in the water column were significant. Because concentrations of salts, total phosphorus (WTP), total nitrogen (WTN) and total organic carbon (WTOC) are partly controlled by water management in this region, diatom-based models were produced to assess these variables. Discriminant function analyses showed that diatoms can also be successfully used to reconstruct changes in the abundance of diatom assemblages typical for different habitats and life habits. ^ To interpret paleoenvironmental changes, changes in salinity, WTN, WTP and WTOC were inferred from diatoms preserved in sediment cores collected along environmental gradients in Florida Bay (4 cores) and from nearshore and offshore locations in Biscayne Bay (3 cores). The reconstructions showed that water quality conditions in these estuaries have been fluctuating for thousands of years due to natural processes and sea-level changes, but almost synchronized shifts in diatom assemblages occurred in the mid-1960’s at all coring locations (except Ninemile Bank and Bob Allen Bank in Florida Bay). These alterations correspond to the major construction of numerous water management structures on the mainland. Additionally, all the coring sites (except Card Sound Bank, Biscayne Bay and Trout Cove, Florida Bay) showed decreasing salinity and fluctuations in nutrient levels in the last two decades that correspond to increased rainfall in the 1990’s and increased freshwater discharge to the bays, a result of increased freshwater deliveries to the Everglades by South Florida Water Management District in the 1980’s and 1990’s. Reconstructions of the abundance of diatom assemblages typical for different habitats and life habits revealed multiple sources of diatoms to the coring locations and that epiphytic assemblages in both bays increased in abundance since the early 1990’s. ^

Patterns of Soil Bacteria and Canopy Community Structure Related to Tropical Peatland Development

Natural environmental gradients provide important information about the ecological constraints on plant and microbial community structure. In a tropical peatland of Panama, we investigated community structure (forest canopy and soil bacteria) and microbial community function (soil enzyme activities and respiration) along an ecosystem development gradient that coincided with a natural P gradient. Highly structured plant and bacterial communities that correlated with gradients in phosphorus status and soil organic matter content characterized the peatland. A secondary gradient in soil porewater NH4 described significant variance in soil microbial respiration and β-1-4-glucosidase activity. Covariation of canopy and soil bacteria taxa contributed to a better understanding of ecological classifications for biotic communities with applicability for tropical peatland ecosystems of Central America. Moreover, plants and soils, linked primarily through increasing P deficiency, influenced strong patterning of plant and bacterial community structure related to the development of this tropical peatland ecosystem.

Distribution of Diatoms and Development of Diatom-Based Models for Inferring Salinity and Nutrient Concentrations in Florida Bay and Adjacent Coastal Wetlands of South Florida (USA)

The composition and distribution of diatom algae inhabiting estuaries and coasts of the subtropical Americas are poorly documented, especially relative to the central role diatoms play in coastal food webs and to their potential utility as sentinels of environmental change in these threatened ecosystems. Here, we document the distribution of diatoms among the diverse habitat types and long environmental gradients represented by the shallow topographic relief of the South Florida, USA, coastline. A total of 592 species were encountered from 38 freshwater, mangrove, and marine locations in the Everglades wetland and Florida Bay during two seasonal collections, with the highest diversity occurring at sites of high salinity and low water column organic carbon concentration (WTOC). Freshwater, mangrove, and estuarine assemblages were compositionally distinct, but seasonal differences were only detected in mangrove and estuarine sites where solute concentration differed greatly between wet and dry seasons. Epiphytic, planktonic, and sediment assemblages were compositionally similar, implying a high degree of mixing along the shallow, tidal, and storm-prone coast. The relationships between diatom taxa and salinity, water total phosphorus (WTP), water total nitrogen (WTN), and WTOC concentrations were determined and incorporated into weighted averaging partial least squares regression models. Salinity was the most influential variable, resulting in a highly predictive model (r apparent 2  = 0.97, r jackknife 2  = 0.95) that can be used in the future to infer changes in coastal freshwater delivery or sea-level rise in South Florida and compositionally similar environments. Models predicting WTN (r apparent 2  = 0.75, r jackknife 2  = 0.46), WTP (r apparent 2  = 0.75, r jackknife 2  = 0.49), and WTOC (r apparent 2  = 0.79, r jackknife 2  = 0.57) were also strong, suggesting that diatoms can provide reliable inferences of changes in solute delivery to the coastal ecosystem.

Trait Contributions to Fish Community Assembly Emerge From Trophic Interactions in an Individual-Based Model

Community ecology seeks to understand and predict the characteristics of communities that can develop under different environmental conditions, but most theory has been built on analytical models that are limited in the diversity of species traits that can be considered simultaneously. We address that limitation with an individual-based model to simulate assembly of fish communities characterized by life history and trophic interactions with multiple physiological tradeoffs as constraints on species performance. Simulation experiments were carried out to evaluate the distribution of 6 life history and 4 feeding traits along gradients of resource productivity and prey accessibility. These experiments revealed that traits differ greatly in importance for species sorting along the gradients. Body growth rate emerged as a key factor distinguishing community types and defining patterns of community stability and coexistence, followed by egg size and maximum body size. Dominance by fast-growing, relatively large, and fecund species occurred more frequently in cases where functional responses were saturated (i.e. high productivity and/or prey accessibility). Such dominance was associated with large biomass fluctuations and priority effects, which prevented richness from increasing with productivity and may have limited selection on secondary traits, such as spawning strategies and relative size at maturation. Our results illustrate that the distribution of species traits and the consequences for community dynamics are intimately linked and strictly dependent on how the benefits and costs of these traits are balanced across different conditions.