Made available in DSpace on 2014-07-29T16:21:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Fernando Landa Sobral.pdf: 687284 bytes, checksum: 9d1a927bc9b256832a9a05b06ad62d7e (MD5) Previous issue date: 2011-05-26 / Communities are assemblages of co-occurring species that potentially interact with each other. They are the result not only of a series of ecological processes or "assembly rules", but also of past and ongoing evolutionary processes. In recent years, the assembly rules have received increased attention from ecologists and two different processes have been explored: environmental filtering and limiting similarity. As the processes involved in the formation of the assemblages appear to vary in a manner dependent on scale, it is expected that such assembly rules have different effects over different spatial scales. Understanding this relationship between ecological processes and spatial scales in which they act has been a great challenge among scholars. In this context, the incorporation of phylogenetic and functional data to diversity classical approaches have established the basis for an emerging area of research in community ecology, promoting the development of many tools to detect the underlying structure of the assemblages and, therefore, to infer the processes assembly responsible for the formation of the assemblages. Here, we demonstrate how the use of different measures of phylogenetic and functional diversity along with the use of different null models can be a promising approach in solving paradigms still poorly understood, discussing how such methods can increase the predictive power of this growing area of research. / As comunidades são assembleias de espécies co-ocorrentes que interagem potencialmente umas com as outras. Elas são resultado não apenas de uma série de processos ecológicos ou regras de montagem , mas também de processos evolutivos passados e contínuos. Nos últimos anos, as regras de montagem têm recebido maior atenção dos ecólogos e dois processos diferentes têm sido explorados: os filtros ambientais e a similaridade limitante. Como os processos envolvidos na formação das assembleias parecem variar de uma forma dependente de escala, espera-se que tais regras de montagem tenham diferentes efeitos ao longo de diferentes escalas espaciais. Compreender essa relação entre os processos ecológicos e as escalas espaciais nas quais eles atuam tem sido um grande desafio entre os estudiosos. Nesse contexto, a incorporação de dados filogenéticos e funcionais às abordagens clássicas de diversidade tem estabelecido a base de uma emergente área de pesquisa em ecologia de comunidades, impulsionando o desenvolvimento de muitas ferramentas para detectar a subjacente estrutura das assembleias e, portanto, inferir os processos de montagem responsáveis pela formação das assembleias. Aqui, demonstramos como a utilização de diferentes medidas de diversidade filogenética e funcional juntamente com o uso de diferentes modelos nulos pode ser uma abordagem promissora na solução de paradigmas ainda pouco compreendidos, discutindo como tais métodos podem aumentar o poder preditivo dessa crescente área de pesquisa.

Submitted by Edineia Teixeira (edineia.teixeira@unioeste.br) on 2018-03-06T12:10:56Z No. of bitstreams: 2 Camila _Aquino2017.pdf: 3777643 bytes, checksum: c7cf1724a4f7a895dcb0917cee32f78a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2018-03-06T12:10:56Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Camila _Aquino2017.pdf: 3777643 bytes, checksum: c7cf1724a4f7a895dcb0917cee32f78a (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-03-31 / Fundação Araucária de Apoio ao Desenvolvimento Científico e Tecnológico do Estado do Paraná (FA) / Phytoplankton traits diversity provides a powerful means to addressing ecology’s questions, and can be 43 adopted to simplify and predict the community structure, in function of the multiples environmental filters 44 that operate in the different ecosystems. Thus, we evaluated the response of phytoplankton functional 45 groups of two subtropical rivers in a temporal scale, identifying the main environmental filters associated 46 with the presence of the different groups and their functional traits during a seasonal cycle. Using 47 multivariate analysis, we found an environmental dissimilarity predicted by the presence of different 48 functional groups in the rivers. Six GFs were recorded: J (chlorophyceans chlorococcales), M (colonial 49 cyanobacteria), N (desmids), W1 (euglenophyceans), X2 (flagellated unicellular chlorophyceans) and F 50 (flagellated colonial chlorophyceans). The GFs J, M and N were exclusive to the first river, while X2 and 51 F were exclusive to the second river. GF W1 was recorded in both rivers, however, its greatest 52 contribution occurred to the second river. Thus, the GFs reflected the environmental dissimilarity, mainly 53 related to the conditions of water flux, conductivity, light availability and depth of the environments. In 54 view of the obtained results, the functional grouping considered a relevant tool in phytoplankton ecology, 55 offers a practical means to investigating the relation between phytoplankton and ecosystem functioning, 56 and consequently can assist in decision-making for the management and conservation of the biodiversity 57 in lotic environments / A diversidade dos traços fitoplanctônicos fornece um poderoso recurso para abordar as questões da 13 ecologia e pode ser adotada para simplificar e prever a estrutura da comunidade, em função dos múltiplos 14 filtros ambientais que operam nos diferentes ecossistemas. Assim, avaliamos a resposta dos grupos 15 funcionais fitoplanctônicos de dois rios subtropicais em escala temporal, identificando os principais filtros 16 ambientais associados à presença dos diferentes grupos e seus traços funcionais durante um ciclo sazonal. 17 Com a análise multivariada, encontramos uma dissimilaridade ambiental prevista pela presença de 18 diferentes grupos funcionais nos rios. Foram registrados seis GFs: J (clorofíceas clorococcales), M 19 (cianobactérias coloniais), N (desmídias), W1 (euglenofíceas), X2 (clorofíceas unicelulares flageladas) e 20 F (clorofíceas coloniais flageladas). Os GFs J, M e N eram exclusivos do primeiro rio, enquanto X2 e F 21 eram exclusivos do segundo rio. GF W1 foi registrado em ambos os rios, no entanto, a maior contribuição 22 ocorreu no segundo rio. Assim, os GFs refletiram a dissimilaridade ambiental, principalmente relacionada 23 às condições de fluxo de água, condutividade, disponibilidade de luz e profundidade dos ambientes. Em 24 vista dos resultados obtidos, o agrupamento funcional considerado uma ferramenta relevante na ecologia 25 do fitoplâncton, oferece um meio prático para investigar a relação entre o fitoplâncton e o funcionamento 26 do ecossistema e consequentemente pode auxiliar na tomada de decisões para a gestão e conservação da 27 biodiversidade em ambientes lótico

La compréhension de la coexistence des espèces végétales et leur l’assemblage dans les communautés naturelles reste un des objectifs fondamentaux de l’écologie, et c’est un enjeu majeur dans le contexte actuel des changements globaux. Ce travail de thèse a consisté à apporter des éléments de compréhension quant aux effets des facteurs abiotiques et biotiques pour l’assemblage des communautés d’arbres en milieu tempéré. Ces questions nécessitent d’être considérées sur le long terme, ce qui est particulièrement difficile en milieu forestier du fait de leurs dynamiques lentes. C’est pourquoi nous avons utilisé ici une approche originale basée sur un modèle mécaniste de dynamique forestière. Dans la filiation des études empiriques basées sur les traits fonctionnels en écologie des communautés, nous avons cherché à identifier les signatures fonctionnelles du filtre environnemental et de la compétition dans l’assemblage des communautés forestières, et ce le long d’un gradient de productivité en Europe centrale. Nos résultats montrent que le filtre environnemental est un déterminant majeur de la structure des communautés en restreignant la gamme de variation des traits, avec des effets plus marqués dans les milieux très contraignants et peu productifs. Par ailleurs, nos résultats montrent que la compétition pour la lumière mène à une convergence de la structure fonctionnelle des communautés, convergence d’autant plus forte que les milieux sont productifs. Dans le but d’approfondir la compréhension des mécanismes d’assemblages et de coexistence, nous avons montré qu’une augmentation de la variabilité climatique interannuelle n’aboutit pas systématiquement à une perte de diversité, et pourrait même favoriser la coexistence en modifiant le pouvoir compétitif relatif des espèces au cours du temps. Enfin, nous avons montré que les différences de valeurs de traits des espèces d’arbres pouvaient favoriser leur coexistence via des réponses différentielles des espèces à la variabilité climatique interannuelle et aux conditions de lumière. L’ensemble de ces résultats apporte de nouveaux éléments quant à la compréhension de la structuration des communautés forestières, et propose une vision intégrative des processus complexes d’assemblage et de coexistence au sein des communautés. / Understanding the coexistence of plant species and their assembly within natural communities remains one of the fundamental goals of ecology, and this major challenge appears even more crucial in the current context of global change. The aim of this work was to better understand how the abiotic and biotic factors determined tree communities’ assembly in temperate forests. These questions can only be considered on the long term, which is especially difficult for forest ecosystems because of their slow dynamics. Therefore we used an original approach based on a forest dynamic model. Following trait-based empirical studies in community ecology, we tried to identify the functional signatures of environmental filtering and competition in forest communities along a productivity gradient in Central Europe. Our results showed that environmental filtering is a major determinant of community structure as it reduced the trait range all along the gradient, with stronger effects in harsh sites with low productivity. Further looking for identifying underlying causal processes, we showed that competition for light led to a convergence of functional community structure, and that this convergence increased with site productivity. Furthermore, our results suggested that inter-annual climatic variability does not systematically result in biodiversity loss, and could even promote species coexistence through changes in the hierarchy of competitors over time. Finally, we showed that differences in trait values of tree species could promote coexistence through differential species responses to inter-annual climatic variability and to light conditions. These findings bring new insights regarding the understanding of tree communities’ structure, and they provide an integrative understanding of the complex processes driving community assembly and species coexistence in natural forests.

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L’objectif général de cette thèse est de déterminer le rôle de l’exclusion compétitive, du filtrage environnemental et des limites de dispersion dans la distribution des espèces de fourmis de la litière en forêt guyanaise. Pour cela, nous avons évalué comment la diversité des assemblages de fourmis varie le long de gradients environnementaux et géographiques, en considérant les trois facettes de la diversité (i.e. taxonomique, phylogénétique et fonctionnelle) à différentes échelles spatiales. Des patrons observés de structure fonctionnelle et phylogénétique plus faibles qu’attendus au hasard suggèrent que le filtrage environnemental agit sur la distribution des espèces à l’échelle du site de récolte. En revanche, l’hypothèse d’une sur-dispersion fonctionnelle et/ou phylogénétique entre espèces qui co-occurrent localement résultant de l’exclusion d’espèces similaires n’est pas soutenue par nos résultats. A l’échelle régionale, nos résultats montrent que les communautés de fourmis sont fortement structurées par les variations environnementales. La distance spatiale influence également la distribution des espèces de fourmis à travers la région. D’après l’ensemble de nos résultats, le filtrage environnemental est la force majeure de structuration des assemblages d’espèces de fourmis en forêt guyanaise, tant à l’échelle locale qu’à l’échelle régionale. Les espèces sont réparties de manière fragmentaire sur le territoire, en réponse aux variations environnementales. Les patrons de diversité sont également influencés par la distance spatiale à l’échelle régionale, résultant en un turnover dans la composition spécifique des assemblages de fourmis entre localités éloignées. / The overall aim of this thesis is to determine the role of competitive exclusion, environmental filtering and dispersal limitation on the distribution of leaf-litter ant species in French Guianese forest. To this end, we evaluated how the diversity of ant communities varies along environmental and geographic gradients, using the three facets of diversity (i.e. taxonomic, phylogenetic and functional dimensions) at different spatial scales. Observed patterns of functional and phylogenetic structure lower than expected by chance suggest that environmental filtering acts on the distribution of ant species at the scale of sampled site. In contrast, the hypothesis of functional and/or phylogenetic overdispersion between locally co-occurring species resulting from the exclusion of similar species is not supported by our results. At the regional scale, our results show that ant communities are strongly structured by environmental variations. Spatial distance also influences the distribution of ant species throughout the region. Taken together, our results suggest that environmental filtering is the main driver structuring communities of ant species in French Guianese rainforest, both at local and regional scales. Species are distributed in a patchy way throughout the region, in response to environmental variations. Patterns of diversity are also influenced by the spatial distance at the regional scale, leading to a turnover in species composition of ant communities between distant areas.

Les distributions d'espèces observées dans un environnement hétérogène résultent de plusieurs processus déterministes et stochastiques agissant comme des filtres pour contraindre la coexistence des espèces. L’action successive de ces processus a pour conséquence directe de structurer spatialement la composition des communautés et la variation de ces compositions (i.e., diversité bêta). Un des objectifs majeurs de l'écologie des communautés et métacommunautés consiste à identifier et quantifier les effets respectifs de ces différents processus sur la diversité bêta des communautés afin de mieux comprendre et prédire la distribution de la biodiversité. L'expérimentation étant difficilement possible, les processus responsables de la variation spatiale de la composition des communautés sont généralement inférés à partir des structures spatiales des distributions d’espèces observées dans la nature. La thèse s’inscrit dans ce contexte et vise à améliorer les outils de statistique multivariée permettant d’identifier et quantifier l'effet des processus écologiques structurant les communautés et métacommunautés. En particulier, il est proposé d’intégrer les échelles écologiques et les modèles nuls contraints pour étudier l’effet de l’environnement. La décomposition des relations trait-environnement dans les échelles spatiales et phylogénétiques permet une étude plus approfondie du filtrage environnemental en associant son échelle spatiale d’action au signal phylogénétique des traits sélectionnés pour capturer l’histoire évolutive associée au filtrage environnemental. L’interprétation en terme de processus évolutifs est néanmoins limitée et mériterait l’intégration de modèles nuls phylogénétiquement contraints pour une analyse plus fine. Dans la continuité, des modèles nuls spatialement contrains ont été développés et intégrés à deux analyses multivariées très largement utilisées en écologie des communautés (i.e., partitionnement de variation et test de Mantel) pour estimer et tester l’effet de l’environnement sur les assemblages d’espèces. Ces deux analyses présentaient une surestimation de leur statistique mesurée ainsi qu’un taux anormal de faux positifs lorsque les distributions d’espèces (via processus de dispersion limitée) et l’environnement étaient indépendamment spatialement structurés. L’intégration de modèles nuls spatialement contraints a permis d’ajuster à la fois les estimations et les tests de ces deux analyses illustrant ainsi le besoin d’utiliser des modèles nuls écologiquement contraints pour une identification et quantification correctes des processus écologiques / Species distributions observed in an heterogeneous environment result from multiple deterministic and stochastic processes acting as filters to constrain species co-existence. As a direct consequence, the successive actions of these processes spatially structure communities composition and the variation of these compositions (i.e., beta-diversity). One of the major objective in community and metacommunity ecology is to identify and quantify the respective effects of these different processes on communities beta-diversity to better understand and predict the distribution of biodiversity. Experiments being hardly possible, processes responsible for the spatial variation of communities composition are generally inferred from spatial patterns of species distributions observed in nature. In this context, the thesis aims at improving multivariate statistical tools conducted to identify and quantify the effects of ecological processes shaping communities and metacommunities. In particular, this thesis proposes to integrate ecological scales and constrained null models to study the effect of environment.Decomposing trait-environment relationships through spatial and phylogenetic scales allows to further study environmental filtering. The association of spatial scales involved in environmental filtering with the phylogenetic signals of traits allowed to capture the evolutive history related to environmental filtering. The interpretation in terms of evolutive processes is however limited and phylogenetically-constrained null models should be considered to improve the analysis. Following on from this work, spatially-constrained null models were developed and integrated into two multivariate analyses widely used in community ecology (i.e., variation partitioning and Mantel tests) to estimate and test the effect of environmental filtering on species assemblages. Both approaches presented overestimation of their computed statistic as well as high rates of false positive when species distributions (via limited dispersal) and environmental conditions were independently spatially structured. Integrating spatially-constrained null models allowed to adjust both their tests and the values of their statistic, as such demonstrating the need of using ecologically-constrained null models to correctly identify and quantify ecological processes.For future works, the thesis suggests that adopting a scaling approach to study ecological processes in addition to mechanistic null models could offer the possibility to distinguish processes from one another

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Marine Inseln beherbergen einen großen Teil der biologischen Vielfalt unseres Planeten und weisen gleichzeitig einen hohen Anteil endemischer Arten auf. Inselbiota sind allerdings zudem besonders anfällig für anthropogene Einflüsse wie den globalen Klimawandel, Habitatverlust und invasive Arten. Für ihren Erhalt ist es daher wichtig, die ökologischen Prozesse auf Inseln detailliert zu verstehen. Aufgrund ihrer definierten Größe und isolierten Lage eignen sich Inseln als Modellsysteme in der ökologischen und evolutionären Forschung. Der Großteil der bisherigen Inselstudien hat sich allerdings mit kleinräumigen Mustern befasst, so dass standardisierte globale Daten zu den biogeographischen Eigenschaften und eine makroökologische Synthese ihrer Biota bislang fehlen. In dieser Arbeit stelle ich eine physische und bioklimatische Charakterisierung der Inseln der Welt vor und behandle die Frage, wie abiotische Inseleigenschaften die Diversität von Inselfloren beeinflussen. Ich bearbeite zwei Hauptaspekte dieser Fragestellung: Zuerst konzentriere ich mich auf historische und heutige Klimabedingungen und physische Inseleigenschaften als Triebfedern von Pflanzendiversitätsmustern auf Inseln. Hierbei setze ich einen Schwerpunkt auf die räumliche Anordnung von Inseln und Struktur von Archipelen. Als Zweites behandle ich taxon-spezifische Unterschiede in der Antwort von Diversitätsmustern auf abiotische Faktoren. Hierzu stelle ich eine globale Datenbank mit historischen und heutigen Klimabedingungen und physischen Eigenschaften, wie Fläche, Isolation und Geologie, von 17883 Inseln größer als 1 km² vor. Mit Hilfe von Ordinations- und Klassifikationsverfahren charakterisiere und klassifiziere ich die Inseln in einem multidimensionalen Umweltraum. Außerdem entwickele ich einen Satz von ökologisch relevanten Maßen zur Beschreibung von Isolation von Inseln und ihrer räumlichen Anordnung in Archipelen, darunter Maße zu Trittstein-Inseln, Wind- und Meeresströmungen, klimatischer Ähnlichkeit, Distanzen zwischen Inseln und umgebender Landfläche. Diese Maße berücksichtigen verschiedene Aspekte von Isolation, welche Immigration, Artbildung und Aussterben auf Inseln sowie Austausch zwischen Inseln beeinflussen. Um abiotische Bedingungen mit biotischen Eigenschaften von Inselfloren in Verbindung zu bringen, nutze ich eine für diese Arbeit erstellte Datenbank aus 1295 Insel-Artenlisten, die insgesamt ca. 45000 heimische Gefäßpflanzenarten umfassen. Dies ist der umfassendste und erste globale Datensatz für Pflanzen auf Inseln, der Artidentitäten anstatt lediglich Artenzahlen beinhaltet. Die globale Insel-Charakterisierung bestätigt quantitativ, dass sich Inseln in bioklimatischen und physischen Eigenschaften vom Festland unterscheiden. Inseln sind im Durchschnitt signifikant kühler, feuchter und weniger saisonal geprägt als das Festland. Die weiteren Ergebnisse zeigen, dass eine sorgfältige Beschreibung der räumlich-physischen Eigenschaften von Inseln und Archipelen nötig ist, um die Diversitätsmuster ihrer Biota zu verstehen. Isolation ist nach Inselfläche der zweitwichtigste Einflussfaktor für den Gefäßpflanzenartenreichtum auf Inseln. Von den verglichenen Isolationsmaßen eignet sich der Anteil an umgebender Landfläche am besten zur Erklärung der Artenzahlen. Außerdem erhöht sich durch die Berücksichtigung von Trittsteininseln, großen Inseln als Quell-Landflächen und klimatischer Ähnlichkeit der Quell-Landflächen die Vorhersagekraft der Modelle. Isolation spielt eine geringere Rolle auf großen Inseln, wo in situ Diversifizierung den negativen Effekt von Isolation auf Immigration ausgleicht. Die räumliche Struktur innerhalb von Archipelen ist von besonderer Bedeutung für β-Diversität, d.h. für den Unterschied in der Artenzusammensetzung der Inseln. Außerdem beeinflusst sie indirekt, durch den Effekt auf die β-Diversität, auch die γ-Diversität, d.h. die Diversität des gesamten Archipels. Die Ergebnisse heben die enorme Bedeutung der relativen räumlichen Position von Inseln zueinander für Diversitätsmuster auf Inseln hervor und zeigen die Notwendigkeit für Inselforschung und Naturschutz, Inseln im Kontext ihres Archipels zu betrachten. Die Ergebnisse für Farne auf südostasiatischen Inseln zeigen, dass die Bedeutung von physischen Inseleigenschaften für Diversität kontinuierlich mit der Größe der betrachteten Untersuchungsfläche von der Insel- bis zur Plotebene abnimmt, wohingegen der Einfluss von lokalen Umweltbedingungen zunimmt. Lokale Artgemeinschaften sind häufig gesättigt, wodurch die Anzahl an Arten, die aus dem regionalen Artenbestand einwandern können, limitiert wird. Um Vorhersagen über lokalen Artenreichtum zu machen, ist es daher wichtig, die Skalenabhängigkeit der Effekte des regionalen Artenbestandes zu berücksichtigen. Großgruppen von Pflanzen unterscheiden sich in ihrer Ausbreitungsfähigkeit, ihrem Genfluss, Artbildungsraten und Anpassungen an das Klima. Dementsprechend zeigen die vergleichenden Analysen zwischen taxonomischen Pflanzengruppen deutliche Unterschiede in der Reaktion von Artenreichtum und phylogenetischen Diversitätsmustern auf abiotische Faktoren. Die Arten-Fläche-Beziehung, d.h. die Zunahme von Artendiversität mit zunehmender Fläche, variiert zwischen den Pflanzengruppen. Die Steigung der Arten-Fläche-Beziehung ist für Spermatophyten größer als für Pteridophyten und Bryophyten, wohingegen der y-Achsenabschnitt kleiner ist. Unter der Annahme, dass Merkmale und klimatische Anpassungen innerhalb von taxonomischen Gruppen phylogenetisch konserviert sind, führen die Filterwirkung von Ausbreitungsbarrieren und Umwelteigenschaften sowie in situ Artbildung zu Gemeinschaften eng verwandter Arten (phylogenetic clustering). Die Ergebnisse zeigen, dass physische und bioklimatische Inseleigenschaften, die mit der Filterwirkung und Artbildung in Verbindung stehen, die phylogenetische Struktur von Inselgemeinschaften beeinflussen. Die Stärke und Richtung der Zusammenhänge variieren zwischen taxonomischen Gruppen. Abiotische Faktoren erklären mehr Variation in phylogenetischer Diversität für alle Angiospermen und Palmen als für Farne, was auf Grund höherer Ausbreitungsfähigkeit und größerer Verbreitungsgebiete von Farnen den Erwartungen entspricht. Die abiotische Charakterisierung und Klassifizierung der weltweiten Inseln und die zugehörigen Daten ermöglichen eine integrativere Berücksichtigung von Inseln in der makroökologischen Forschung. In dieser Arbeit präsentiere ich die ersten Vorhersagen globaler Pflanzenartenvielfalt auf Inseln und die ersten Analysen zu unterschiedlichen Diversitätskomponenten (α, β, γ und phylogenetische Diversität) von Inselsystemen und ihren abiotischen Einflussfaktoren auf globalem Maßstab. Ich zeige, dass Zusammenhänge zwischen Umweltfaktoren und Artenzahl sowie phylogenetischen Eigenschaften von Inselgemeinschaften zwischen unterschiedlichen taxonomischen Gruppen in Abhängigkeit ihrer vorwiegenden Ausbreitungs- und Artbildungseigenschaften variieren können. Dies ist eine neue Sichtweise in der makroökologischen Inselforschung, die Rückschlüsse auf die Mechanismen hinter Diversitätsmustern von Pflanzen auf Inseln erlaubt. Ein detailliertes Verständnis davon, wie Diversität unterschiedlicher Pflanzengruppen durch Immigration und Diversifizierung auf Inseln entsteht, dürfte auch das Verständnis globaler Diversitätsmuster im Allgemeinen verbessern.