Metacommunity Structure Along Resource and Disturbance Gradients in Everglades Wetlands

We evaluated metacommunity hypotheses of landscape arrangement (indicative of dispersal limitation) and environmental gradients (hydroperiod and nutrients) in structuring macroinvertebrate and fish communities in the southern Everglades. We used samples collected at sites from the eastern boundary of the southern Everglades and from Shark River Slough, to evaluate the role of these factors in metacommunity structure. We used eigenfunction spatial analysis to model community structure among sites and distance-based redundancy analysis to partition the variability in communities between spatial and environmental filters. For most animal communities, hydrological parameters had a greater influence on structure than nutrient enrichment, however both had large effects. The influence of spatial effects indicative of dispersal limitation was weak and only periphyton infauna appeared to be limited by regional dispersal. At the landscape scale, communities were well-mixed, but strongly influenced by hydrology. Local-scale species dominance was influenced by water-permanence and nutrient enrichment. Nutrient enrichment is limited to water inflow points associated with canals, which may explain its impact in this data set. Hydroperiod and nutrient enrichment are controlled by water managers; our analysis indicates that the decisions they make have strong effects on the communities at the base of the Everglades food web.

Broad-scale spatial patterns of canopy cover and pond morphology affect the structure of a Neotropical amphibian metacommunity

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

Passive and active dispersers respond similarly to environmental and spatial processes: an example from metacommunity dynamics of tree hole invertebrates

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

The influence of niche and neutral processes on a neotropical anuran metacommunity

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

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

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)

Quais são os fatores que estruturam as comunidades de girinos no pantanal em diferentes escalas e sub-regiões?

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

Spatial ecology of an oak-associated herbivore community : A metacommunity of herbivores

Habitat fragmentation is currently affecting many species throughout the world. As a consequence, an increasing number of species are structured as metapopulations, i.e. as local populations connected by dispersal. While excellent studies of metapopulations have accumulated over the past 20 years, the focus has recently shifted from single species to studies of multiple species. This has created the concept of metacommunities, where local communities are connected by the dispersal of one or several of their member species. To understand this higher level of organisation, we need to address not only the properties of single species, but also establish the importance of interspecific interactions. However, studies of metacommunities are so far heavily biased towards laboratory-based systems, and empirical data from natural systems are urgently needed. My thesis focuses on a metacommunity of insect herbivores on the pedunculate oak Quercus robur a tree species known for its high diversity of host-specific insects. Taking advantage of the amenability of this system to both observational and experimental studies, I quantify and compare the importance of local and regional factors in structuring herbivore communities. Most importantly, I contrast the impact of direct and indirect competition, host plant genotype and local adaptation (i.e. local factors) to that of regional processes (as reflected by the spatial context of the local community). As a key approach, I use general theory to generate testable hypotheses, controlled experiments to establish causal relations, and observational data to validate the role played by the pinpointed processes in nature. As the central outcome of my thesis, I am able to relegate local forces to a secondary role in structuring oak-based insect communities. While controlled experiments show that direct competition does occur among both conspecifics and heterospecifics, that indirect interactions can be mediated by both the host plant and the parasitoids, and that host plant genotype may affect local adaptation, the size of these effects is much smaller than that of spatial context. Hence, I conclude that dispersal between habitat patches plays a prime role in structuring the insect community, and that the distribution and abundance of the target species can only be understood in a spatial framework. By extension, I suggest that the majority of herbivore communities are dependent on the spatial structure of their landscape and urge fellow ecologists working on other herbivore systems to either support or refute my generalization.

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.

Metacommunity structuring in stream networks: roles of dispersal mode, distance type, and regional environmental context

Within a metacommunity, both environmental and spatial processes regulate variation in local community structure. The strength of these processes may vary depending on species traits (e.g., dispersal mode) or the characteristics of the regions studied (e.g., spatial extent, environmental heterogeneity). We studied the metacommunity structuring of three groups of stream macroinvertebrates differing in their overland dispersal mode (passive dispersers with aquatic adults; passive dispersers with terrestrial adults; active dispersers with terrestrial adults). We predicted that environmental structuring should be more important for active dispersers, because of their better ability to track environmental variability, and that spatial structuring should be more important for species with aquatic adults, because of stronger dispersal limitation. We sampled a total of 70 stream riffle sites in three drainage basins. Environmental heterogeneity was unrelated to spatial extent among our study regions, allowing us to examine the effects of these two factors on metacommunity structuring. We used partial redundancy analysis and Moran's eigenvector maps based on overland and watercourse distances to study the relative importance of environmental control and spatial structuring. We found that, compared with environmental control, spatial structuring was generally negligible, and it did not vary according to our predictions. In general, active dispersers with terrestrial adults showed stronger environmental control than the two passively dispersing groups, suggesting that the species dispersing actively are better able to track environmental variability. There were no clear differences in the results based on watercourse and overland distances. The variability in metacommunity structuring among basins was not related to the differences in the environmental heterogeneity and spatial extent. Our study emphasized that (1) environmental control is prevailing in stream metacommunities, (2) dispersal mode may have an important effect on metacommunity structuring, and (3) some factors other than spatial extent or environmental heterogeneity contributed to the differences among the basins.

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

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

New dimeric supramolecular structure of mixed (phthalocyaninato)(porphyrinato)-europium(III) sandwiches : preparation and spectroscopic characteristics

The mixed double-decker Eu\[Pc(15C5)4](TPP) (1) was obtained by base-catalysed tetramerisation of 4,5-dicyanobenzo-15-crown-5 using the half-sandwich complex Eu(TPP)(acac) (acac = acetylacetonate), generated in situ, as the template. For comparative studies, the mixed triple-decker complexes Eu2\[Pc(15C5)4](TPP)2 (2) and Eu2\[Pc(15C5)4]2(TPP) (3) were also synthesised by the raise-by-one-story method. These mixed ring sandwich complexes were characterised by various spectroscopic methods. Up to four one-electron oxidations and two one-electron reductions were revealed by cyclic voltammetry (CV) and differential pulse voltammetry (DPV). As shown by electronic absorption and infrared spectroscopy, supramolecular dimers (SM1 and SM3) were formed from the corresponding double-decker 1 and triple-decker 3 in the presence of potassium ions in MeOH/CHCl3.