Published September 22, 2021 | Version v1
Publication Open

The dual nature of metacommunity variability

  • 1. Marine Biodiversity Exploitation and Conservation
  • 2. Indiana University Bloomington
  • 3. University of Wyoming
  • 4. University of Florida
  • 5. Illinois Department of Natural Resources
  • 6. University of Illinois Urbana-Champaign
  • 7. University of Virginia
  • 8. Martin Luther University Halle-Wittenberg
  • 9. German Centre for Integrative Biodiversity Research
  • 10. Michigan State University
  • 11. Florida International University
  • 12. Bryn Mawr College
  • 13. University of Maryland, College Park
  • 14. Oregon State University
  • 15. University of Canterbury
  • 16. University of Maryland, Baltimore County
  • 17. Peking University
  • 18. Institute of Arctic and Alpine Research
  • 19. University of Colorado Boulder
  • 20. National Ecological Observatory Network

Description

There is increasing interest in measuring ecological stability to understand how communities and ecosystems respond to broad‐scale global changes. One of the most common approaches is to quantify the variation through time in community or ecosystem aggregate attributes (e.g. total biomass), referred to as aggregate variability. It is now widely recognized that aggregate variability represents only one aspect of communities and ecosystems, and compositional variability, the changes in the relative frequency of species in an assemblage, is equally important. Recent contributions have also begun to explore ecological stability at regional spatial scales, where interconnected local communities form metacommunities, a key concept in managing complex landscapes. However, the conceptual frameworks and measures of ecological stability in space have only focused on aggregate variability, leaving a conceptual gap. Here, we address this gap with a novel framework for quantifying the aggregate and compositional variability of communities and ecosystems through space and time. We demonstrate that the compositional variability of a metacommunity depends on the degree of spatial synchrony in compositional trajectories among local communities. We then provide a conceptual framework in which compositional variability of 1) the metacommunity through time and 2) among local communities combine into four archetype scenarios: spatial stasis (low/low), spatial synchrony (high/low), spatial asynchrony (high/high) and spatial compensation (low/high). We illustrate this framework based on numerical examples and a case study of a macroalgal metacommunity in which low spatial synchrony reduced variability in aggregate biomass at the metacommunity scale, while masking high spatial synchrony in compositional trajectories among local communities. Finally, we discuss the role of dispersal, environmental heterogeneity, species interactions and suggest future avenues. We believe this framework will be helpful for considering both aspects of variability simultaneously, which is important to better understand ecological stability in natural and complex landscapes in response to environmental changes.

⚠️ This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%

Translated Description (Arabic)

هناك اهتمام متزايد بقياس الاستقرار البيئي لفهم كيفية استجابة المجتمعات والنظم الإيكولوجية للتغيرات العالمية واسعةالنطاق. يتمثل أحد الأساليب الأكثر شيوعًا في تحديد التباين عبر الزمن في سمات إجمالي المجتمع أو النظام الإيكولوجي (مثل إجمالي الكتلة الحيوية)، والتي يشار إليها باسم التباين الكلي. من المعترف به الآن على نطاق واسع أن التباين الكلي لا يمثل سوى جانب واحد من المجتمعات والنظم الإيكولوجية، وأن التباين التركيبي، والتغيرات في التكرار النسبي للأنواع في التجمع، لا يقل أهمية. كما بدأت المساهمات الأخيرة في استكشاف الاستقرار البيئي على النطاقات المكانية الإقليمية، حيث تشكل المجتمعات المحلية المترابطة مجتمعات فوقية، وهو مفهوم رئيسي في إدارة المناظر الطبيعية المعقدة. ومع ذلك، ركزت الأطر والمقاييس المفاهيمية للاستقرار البيئي في الفضاء فقط على التباين الكلي، مما ترك فجوة مفاهيمية. هنا، نعالج هذه الفجوة بإطار جديد للقياس الكمي للتقلبات الإجمالية والتركيبية للمجتمعات والنظم الإيكولوجية من خلال المكان والزمان. نثبت أن التباين التركيبي للمجتمع الفوقي يعتمد على درجة التزامن المكاني في المسارات التركيبية بين المجتمعات المحلية. ثم نقدم إطارًا مفاهيميًا يتحد فيه التباين التركيبي لـ 1) المجتمع الفوقي عبر الزمن و 2) بين المجتمعات المحلية في أربعة سيناريوهات نموذجية: الركود المكاني (منخفض/منخفض)، والتزامن المكاني (مرتفع/منخفض)، وعدم التزامن المكاني (مرتفع/مرتفع) والتعويض المكاني (منخفض/مرتفع). نوضح هذا الإطار بناءً على أمثلة عددية ودراسة حالة لمجتمع ما وراء الطحالب الكبيرة حيث قلل التزامن المكاني المنخفض من التباين في الكتلة الحيوية الإجمالية على مقياس المجتمع ما وراء، مع إخفاء التزامن المكاني العالي في المسارات التركيبية بين المجتمعات المحلية. وأخيرًا، نناقش دور التشتت وعدم التجانس البيئي وتفاعلات الأنواع ونقترح السبل المستقبلية. نعتقد أن هذا الإطار سيكون مفيدًا للنظر في جانبي التباين في وقت واحد، وهو أمر مهم لفهم الاستقرار البيئي بشكل أفضل في المناظر الطبيعية الطبيعية والمعقدة استجابة للتغيرات البيئية.

Translated Description (French)

Il y a un intérêt croissant pour la mesure de la stabilité écologique afin de comprendre comment les communautés et les écosystèmes réagissent aux changements mondiaux à grandeéchelle. L'une des approches les plus courantes consiste à quantifier la variation dans le temps des attributs agrégés de la communauté ou de l'écosystème (par exemple, la biomasse totale), appelée variabilité agrégée. Il est maintenant largement reconnu que la variabilité agrégée ne représente qu'un aspect des communautés et des écosystèmes, et la variabilité compositionnelle, les changements dans la fréquence relative des espèces dans un assemblage, est tout aussi importante. Des contributions récentes ont également commencé à explorer la stabilité écologique à l'échelle spatiale régionale, où des communautés locales interconnectées forment des métacommunautés, un concept clé dans la gestion de paysages complexes. Cependant, les cadres conceptuels et les mesures de la stabilité écologique dans l'espace ne se sont concentrés que sur la variabilité globale, laissant un vide conceptuel. Ici, nous abordons cette lacune avec un nouveau cadre pour quantifier la variabilité agrégée et compositionnelle des communautés et des écosystèmes à travers l'espace et le temps. Nous démontrons que la variabilité de composition d'une métacommunauté dépend du degré de synchronisation spatiale des trajectoires de composition entre les communautés locales. Nous fournissons ensuite un cadre conceptuel dans lequel la variabilité compositionnelle de 1) la métacommunauté dans le temps et 2) entre les communautés locales se combinent en quatre scénarios archétypaux : stase spatiale (faible/faible), synchronisation spatiale (élevée/faible), asynchronie spatiale (élevée/élevée) et compensation spatiale (faible/élevée). Nous illustrons ce cadre à partir d'exemples numériques et d'une étude de cas d'une métacommunauté de macroalgues dans laquelle une faible synchronisation spatiale a réduit la variabilité de la biomasse agrégée à l'échelle de la métacommunauté, tout en masquant une forte synchronisation spatiale dans les trajectoires de composition entre les communautés locales. Enfin, nous discutons du rôle de la dispersion, de l'hétérogénéité environnementale, des interactions entre les espèces et suggérons des pistes d'avenir. Nous pensons que ce cadre sera utile pour considérer simultanément les deux aspects de la variabilité, ce qui est important pour mieux comprendre la stabilité écologique dans les paysages naturels et complexes en réponse aux changements environnementaux.

Translated Description (Spanish)

Existe un interés creciente en medir la estabilidad ecológica para comprender cómo las comunidades y los ecosistemas responden a los cambios globales a granescala. Uno de los enfoques más comunes es cuantificar la variación a lo largo del tiempo en los atributos agregados de la comunidad o del ecosistema (por ejemplo, la biomasa total), denominada variabilidad agregada. Ahora se reconoce ampliamente que la variabilidad agregada representa solo un aspecto de las comunidades y los ecosistemas, y la variabilidad compositiva, los cambios en la frecuencia relativa de las especies en un conjunto, es igualmente importante. Las contribuciones recientes también han comenzado a explorar la estabilidad ecológica a escalas espaciales regionales, donde las comunidades locales interconectadas forman metacomunidades, un concepto clave en la gestión de paisajes complejos. Sin embargo, los marcos conceptuales y las medidas de estabilidad ecológica en el espacio solo se han centrado en la variabilidad agregada, dejando una brecha conceptual. Aquí, abordamos esta brecha con un marco novedoso para cuantificar la variabilidad agregada y compositiva de las comunidades y los ecosistemas a través del espacio y el tiempo. Demostramos que la variabilidad compositiva de una metacomunidad depende del grado de sincronía espacial en las trayectorias compositivas entre las comunidades locales. A continuación, proporcionamos un marco conceptual en el que la variabilidad compositiva de 1) la metacomunidad a través del tiempo y 2) entre las comunidades locales se combinan en cuatro escenarios arquetipo: estasis espacial (bajo/bajo), sincronía espacial (alto/bajo), asincronía espacial (alto/alto) y compensación espacial (bajo/alto). Ilustramos este marco a partir de ejemplos numéricos y un estudio de caso de una metacomunidad de macroalgas en la que la baja sincronía espacial redujo la variabilidad en la biomasa agregada a escala metacomunitaria, mientras que enmascaró la alta sincronía espacial en las trayectorias de composición entre las comunidades locales. Finalmente, discutimos el papel de la dispersión, la heterogeneidad ambiental, las interacciones de las especies y sugerimos vías futuras. Creemos que este marco será útil para considerar ambos aspectos de la variabilidad simultáneamente, lo cual es importante para comprender mejor la estabilidad ecológica en paisajes naturales y complejos en respuesta a los cambios ambientales.

Files

document.pdf

Files (2.8 MB)

⚠️ Please wait a few minutes before your translated files are ready ⚠️ Note: Some files might be protected thus translations might not work.
Name Size Download all
md5:43fdc7729966f499eea24d77abcbb47a
2.8 MB
Preview Download

Additional details

Additional titles

Translated title (Arabic)
الطبيعة المزدوجة لتقلب ما وراء المجتمع
Translated title (French)
La double nature de la variabilité métacommunautaire
Translated title (Spanish)
La naturaleza dual de la variabilidad de la metacomunidad

Identifiers

Other
https://openalex.org/W3200916956
DOI
10.1111/oik.08517

GreSIS Basics Section

Is Global South Knowledge
Yes
Country
China

References

  • https://openalex.org/W1952066190
  • https://openalex.org/W1966187999
  • https://openalex.org/W1973655881
  • https://openalex.org/W1976661757
  • https://openalex.org/W1977522998
  • https://openalex.org/W1982943809
  • https://openalex.org/W1986706966
  • https://openalex.org/W1993883561
  • https://openalex.org/W2001731206
  • https://openalex.org/W2021752782
  • https://openalex.org/W2033758623
  • https://openalex.org/W2037339961
  • https://openalex.org/W2057793093
  • https://openalex.org/W2073213523
  • https://openalex.org/W2077226587
  • https://openalex.org/W2077353012
  • https://openalex.org/W2078147935
  • https://openalex.org/W2078251967
  • https://openalex.org/W2085266062
  • https://openalex.org/W2102746137
  • https://openalex.org/W2109382511
  • https://openalex.org/W2115937990
  • https://openalex.org/W2117940027
  • https://openalex.org/W2119881500
  • https://openalex.org/W2126121631
  • https://openalex.org/W2128791014
  • https://openalex.org/W2129163149
  • https://openalex.org/W2129994723
  • https://openalex.org/W2130385086
  • https://openalex.org/W2134564339
  • https://openalex.org/W2138325285
  • https://openalex.org/W2141049972
  • https://openalex.org/W2152580867
  • https://openalex.org/W2152815678
  • https://openalex.org/W2155432052
  • https://openalex.org/W2156713673
  • https://openalex.org/W2157330322
  • https://openalex.org/W2158771009
  • https://openalex.org/W2163326970
  • https://openalex.org/W2163966619
  • https://openalex.org/W2164232580
  • https://openalex.org/W2216692843
  • https://openalex.org/W2249303959
  • https://openalex.org/W2296283279
  • https://openalex.org/W2297285588
  • https://openalex.org/W2320432931
  • https://openalex.org/W2320972581
  • https://openalex.org/W2322957453
  • https://openalex.org/W2363795214
  • https://openalex.org/W2485490013
  • https://openalex.org/W2594809292
  • https://openalex.org/W2616016003
  • https://openalex.org/W2765899323
  • https://openalex.org/W2765955851
  • https://openalex.org/W2775500710
  • https://openalex.org/W2779441842
  • https://openalex.org/W2788795263
  • https://openalex.org/W2799825255
  • https://openalex.org/W2811407369
  • https://openalex.org/W2890658853
  • https://openalex.org/W2905755634
  • https://openalex.org/W2916451294
  • https://openalex.org/W2920586613
  • https://openalex.org/W2945623452
  • https://openalex.org/W2980390489
  • https://openalex.org/W2987127802
  • https://openalex.org/W2999260711
  • https://openalex.org/W3083574660
  • https://openalex.org/W3091826141
  • https://openalex.org/W3117056968
  • https://openalex.org/W3120191431
  • https://openalex.org/W3135764693
  • https://openalex.org/W3139188038
  • https://openalex.org/W3154238749
  • https://openalex.org/W3163023839
  • https://openalex.org/W4211243502
  • https://openalex.org/W4298441775
  • https://openalex.org/W4299993032