Measuring the Response Diversity of Ecological Communities Experiencing Multifarious Environmental Change
- PMID: 39569752
- PMCID: PMC11580112
- DOI: 10.1111/gcb.17594
Measuring the Response Diversity of Ecological Communities Experiencing Multifarious Environmental Change
Abstract
The diversity in organismal responses to environmental changes (i.e., response diversity) plays a crucial role in shaping community and ecosystem stability. However, existing measures of response diversity only consider a single environmental variable, whereas natural communities are commonly exposed to changes in multiple environmental variables simultaneously. Thus far, no approach exists to integrate multifarious environmental change and the measurement of response diversity. Here, we show how to consider and quantify response diversity in the context of multifarious environmental change, and in doing so introduce a distinction between response diversity to a defined or anticipated environmental change, and the response capacity to any possible set of (defined or undefined) future environmental changes. First, we describe and illustrate the concepts with empirical data. We reveal the role of the trajectory of environmental change in shaping response diversity when multiple environmental variables fluctuate over time. We show that, when the trajectory of the environmental change is undefined (i.e., there is no information or a priori expectation about how an environmental condition will change in future), we can quantify the response capacity of a community to any possible environmental change scenario. That is, we can estimate the capacity of a system to respond under a range of realistic or extreme environmental changes, with utility for predicting future responses to even multifarious environmental change. Finally, we investigate determinants of response diversity within a multifarious environmental change context. We identify factors such as the diversity of species responses to each environmental variable, the relative influence of different environmental variables and temporal means of environmental variable values as important determinants of response diversity. In doing so, we take an important step towards measuring and understanding the insurance capacity of ecological communities exposed to multifarious environmental change.
La diversità con cui gli organismi rispondono ai cambiamenti ambientali (ovvero la diversità di risposta) svolge un ruolo cruciale nel determinare la stabilità delle comunità ecologiche e degli ecosistemi. Tuttavia i metodi esistenti per quantificare la diversità di risposta considerano solo una singola variabile ambientale, mentre le comunità naturali sono normalmente esposte a fluttuazioni di più variabili ambientali contemporaneamente. Al momento non esiste un approccio per quantificare la diversità di risposta quando più variabili ambientali fluttuano contemporaneamente. In questo articolo spieghiamo come quantificare la diversità di risposta considerando diverse variabili ambientali. In questo modo introduciamo una distinzione tra la diversità di risposta a un cambiamento ambientale definito o previsto e la capacità di risposta a qualsiasi possibile insieme di cambiamenti ambientali futuri (definiti o non definiti). Per prima cosa descriviamo e illustriamo i concetti con dati empirici. Sottolineiamo il ruolo della traiettoria del cambiamento ambientale nel plasmare la diversità di risposta quando più variabili ambientali fluttuano nel tempo. Mostriamo che, quando la traiettoria del cambiamento ambientale è indefinita (cioè, non ci sono informazioni o previsioni a priori su come le variabili ambientali cambieranno in futuro), possiamo quantificare la capacità di risposta di una comunità a qualsiasi possibile scenario di cambiamento ambientale. In altre parole, possiamo stimare la capacità di un sistema di rispondere a una serie di cambiamenti ambientali realistici o estremi, con la finalità di prevedere le risposte future a cambiamenti ambientali, anche stocastici. Infine, analizziamo i fattori che determinano la diversità di risposta quando più variabili ambientali cambiano nel tempo. Identifichiamo fattori come la diversità delle risposte delle specie a ciascuna variabili ambientali, l'importanza relativa di diverse variabili ambientali nel determinare le risposte delle specie, e la media delle variabili ambientali come importanti fattori che determinano la diversità delle risposte. Con questo studio compiamo un passo importante verso la quantificazione e la comprensione della capacità delle comunità ecologiche di mantenere la loro stabilità anche quando esposte a molteplici cambiamenti ambientali.
Keywords: directional derivatives; ecological stability; generalised additive models (GAMs); multiple stressors; response capacity; response diversity; response surface.
© 2024 The Author(s). Global Change Biology published by John Wiley & Sons Ltd.
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The authors declare no conflicts of interest.
Figures





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