Trait-based prediction of extinction risk

Species are declining and going extinct at unprecedented rates due to human activity. Understanding the drivers of extinction may help conservationists to proactively protect the species most in need. Species’ vulnerability to extinction has been hypothesised to be related to both their intrinsic biological traits and external human factors, often in synergy. In the past twenty years, many studies have compared the traits of threatened species to those of non-threatened species, within taxonomic groups. However, the literature in the topic has often focussed on few taxa or geographical realms, which has limited our capacity to find and understand general predictors and mechanisms of extinction. The primary aim of this dissertation is to identify which traits are related with extinction risk across the generality of life forms and geographical realms. To do so, I have applied a set of three distinct approaches: in Chapter I, I have identified gaps in research and synthesised past literature using a meta-analytical approach. Given the identified gaps and biases, in Chapter II I compiled a dataset including species from all realms and 15 taxonomic groups, to find predictors of extinction risk across taxa. Because traits and human threats are likely to interact, in Chapter III, I have implemented, tested, and analysed a virtual conceptual model to understand how different traits interact with the different threats to increase the extinction risk of species. The literature review of Chapter included 173 publications with most studies focussing on either mammal or bird taxa. The spatial extent of studies has also been narrow, with a very strong focus on the Palaearctic realm, particularly for invertebrate and plant groups. Body size was the most studied trait, followed by geographical range and fecundity. Among the top 10% studied traits, geographical range size had the greatest percentage of significant relationships with extinction risk. Meta-analyses were possible for geographical range size, habitat breadth and body size, with the first two being negatively related to extinction risk, and the third showing no consistent effect. In Chapter II, I compiled and analysed trait-extinction risk relationships for 10 traits, with a dataset consisting of 874 species evenly sampled from 15 taxonomic groups ranging from vertebrates, invertebrates, and plants. I identified narrow habitat breadth as a universal predictor of extinction risk across vertebrates, invertebrates, and plants. Long generation length, low fecundity, and large offspring size - characteristic of species with slow life cycles - and small climatic breadth were also identified as general predictors, but available data was limited and therefore results are not conclusive for these traits. Poor dispersal ability is a general predictor among invertebrates and plants, but not among vertebrates. The remaining traits (body size, microhabitat verticality, trophic level, and diet breadth) showed contrasting responses depending on the taxa. In the third Chapter, my aim was to understand how different anthropogenic drivers may impact species with different traits. I built a conceptual agent-based model with virtual organisms competing in a virtual environment for resources, upon which I simulated human threats. My model simulations showed that traits and threats interact in predictable ways. Namely, threats that directly increase the mortality of individuals - direct killing- have a higher impact on organisms with slow life cycles and poor dispersal ability. Threats decreasing the amount of habitat - habitat loss and fragmentation- negatively affect large sized, poorly fecund organisms. The effect on dispersal ability depends on the spatial configuration of the threat. Finally, threats decreasing habitat quality or the amount of resources available to organisms - habitat degradation and invaders - severely affect large, fast-lived, and highly fecund organisms. For a clearer picture on which traits predispose species to extinction, more data should be collected on underrepresented groups and regions, such as invertebrates, plants, and fungi in the tropics. Despite this shortcoming, in this thesis I demonstrate that some traits predispose species to and can be used as predictors of extinction. Species with narrow geographical and habitat breadths, two of the classical dimensions of rarity, are more at risk. Slow life cycles and narrow climatic breadths should also drive greater extinction risk. Other traits do not seem to have a general response but are taxon-dependent. Finally, intrinsic traits must in the future be studied considering anthropogenic threat types, as these two dimensions interact to drive species extinctions.Lajit vähenevät ja kuolevat sukupuuttoon ennennäkemättömällä nopeudella ihmisen toiminnan vuoksi. Sukupuuttoon johtavien syiden ymmärtäminen voi auttaa luonnonsuojelijoita suojelemaan uhanalaisimpia lajeja ennaltaehkäisevästi. Kuinka ja miksi eri lajit kuolevat herkemmin sukupuuttoon kuin toiset on oletettu liittyvän sekä lajien sisäisiin biologisiin ominaisuuksiin että ulkoisiin, ihmisistä riippuviin tekijöihin. Viimeisten 20 vuoden aikana monissa tutkimuksissa on verrattu uhanalaisten lajien ominaisuuksia ei-uhanalaisten lajien ominaisuuksiin eri taksonien sisällä. Aiheeseen liittyvä kirjallisuus on keskittynyt kuitenkin usein vain muutamaan taksoniin tai maantieteelliseen alueeseen, mikä on rajoittanut kykyämme löytää ja ymmärtää yleisiä, sukupuuttoon liittyviä ennusmerkkejä ja mekanismeja. Tutkielmani ensisijainen tavoite on tunnistaa, mitkä ominaisuudet liittyvät sukupuuttoriskiin kaikki elämänmuodot ja maantieteelliset alueet huomioiden. Tätä varten olen soveltanut kolmea erilaista lähestymistapaa: luvussa I olen tunnistanut aukkoja tutkimuksessa ja yhdistänyt aiemman kirjallisuuden tuloksia käyttämällä meta-analyyttista lähestymistapaa. Tunnistetut aukot ja vinoumat huomioiden olen luvussa II koonnut tietoaineiston, joka sisältää lajeja kaikilta alueilta ja 15 taksonomisesta ryhmästä selkärankaisten, selkärangattomien ja kasviryhmien joukosta, löytääkseni sukupuuttoriskin ennusmerkkejä eri taksoneissa. Koska lajiominaisuudet ja ihmisten aiheuttamat uhat ovat todennäköisesti vuorovaikutuksessa, olen luvussa III soveltanut, testannut ja analysoinut virtuaalista käsitemallia ymmärtääkseni, kuinka eri ominaisuudet ovat vuorovaikutuksessa eri uhkien kanssa kasvattaen lajien sukupuuttoriskiä. Aiempaan kirjallisuuteen tutustuminen vahvisti, että suurin osa tutkimuksista on keskittynyt nisäkkäisiin tai lintuihin, ja erityisesti selkärangattomien tai kasvien kohdalla ne ovat maantieteellisesti rajoittuneet palearktiseen alueeseen. Ylivoimaisesti eniten tutkittu ominaisuus oli ruumiinkoko, mitä seurasivat maantieteellinen alue ja hedelmällisyys. 10 prosentissa eniten tutkituista ominaisuuksista maantieteellisen levinneisyysalueen koko oli prosentuaalisesti merkittävin sukupuuttoriskiin vaikuttava seikka. Meta-analyysit olivat mahdollisia maantieteellisen levinneisyysalueen koon, elinympäristön laajuuden ja ruumiinkoon osalta. Kaksi ensimmäistä vaikuttivat negatiivisesti sukupuuttoriskiin, kolmannella ei puolestaan näyttänyt olevan johdonmukaista vaikutusta. Luvussa II kokosin ja analysoin ominaisuuksien ja sukupuuttoriskin suhdetta 10 ominaisuuden osalta. Tietoaineisto koostui 874 lajista, jotka on valittu tasaisesti 15 taksonomisesta, selkärankaisten, selkärangattomien ja kasvien ryhmästä. Havaitsin suppean elinympäristön olevan yleinen sukupuuttoriskin ennusmerkki niin selkärankaisten, selkärangattomien kuin kasvienkin kohdalla. Pitkä sukupolviväli, alhainen hedelmällisyys ja jälkeläisten suuri koko – mikä on ominaista lajeille, joiden elinkaari on hidas – sekä pieni ilmastollinen levinneisyys, vaikuttivat myös olevan yleisiä ennusmerkkejä. Tietoja oli käytettävissä kuitenkin rajoitetusti, joten tulokset eivät ole ratkaisevia näiden ominaisuuksien osalta. Selkärangattomien ja kasvien joukossa huono leviämiskyky oli yleinen ennusmerkki. Näin ei kuitenkaan ollut selkärankaisten keskuudessa. Jäljellä olevat ominaisuudet (ruumiinkoko, mikroelinympäristön vertikaalisuus, trofiataso ja ruokavalion laajuus) viittasivat päinvastaisiin tuloksiin taksonista riippuen. Kolmannessa luvussa tavoitteeni oli ymmärtää, kuinka erilaiset ihmisen aiheuttamat tekijät mahdollisesti vaikuttavat ominaisuuksiltaan erilaisiin lajeihin. Rakensin käsitteellisen, ainepohjaisen mallin, jossa virtuaaliset organismit kilpailevat resursseista virtuaalisessa ympäristössä ihmisten aiheuttamien uhkien ollessa läsnä. Mallisimulaationi osoittivat, että ominaisuudet ja uhat vaikuttavat toisiinsa ennustettavalla tavalla. Yksilöiden kuolleisuutta suoraan lisäävät uhat – suora tappaminen – vaikuttavat nimittäin enemmän sellaisiin organismeihin, joiden elinkaari on hidas ja leviämiskyky huono. Elinympäristöä pienentävät uhat – elinympäristön häviäminen ja pirstoutuminen – vaikuttavat negatiivisesti suurikokoisiin ja heikosti lisääntyviin organismeihin. Vaikutus leviämiskykyyn riippuu uhan spatiaalisesta rakenteesta. Elinympäristön laatua tai organismien käytettävissä olevien resurssien määrää heikentävät uhat – elinympäristön rappeutuminen ja vieraslajit – vaikuttavat erittäin paljon suurikokoisiin ja tehokkaasti lisääntyviin organismeihin, joiden elinkaari on nopea. Jotta saataisiin selkeämpi kuva siitä, mitkä ominaisuudet altistavat lajit sukupuuttoon kuolemiselle, pitäisi kerätä enemmän tietoa aliedustetuista ryhmistä ja alueista, kuten tropiikissa elävistä selkärangattomista, kasveista ja sienistä. Tästä vajavaisuudesta huolimatta osoitan tässä tutkielmassa, että tietyt ominaisuudet altistavat lajeja sukupuutolle ja että näitä ominaisuuksia voidaan käyttää ennustavina tekijöinä. Lajit, joiden maantieteellinen levinneisyys ja elinympäristö ovat suppeita, eli kaksi klassista, harvinaisuutta kuvaavaa piirrettä, ovat suuremmassa vaarassa. Myös elinkaareltaan hitaiden ja suppeilla ilmastoalueilla asuvien lajien sukupuuttoriski on suurempi. Muilla ominaisuuksilla ei näytä olevan yleistä vaikutusta, vaan ne riippuvat taksoneista. Luontaisia ominaisuuksia on tulevaisuudessa tutkittava antropogeeniset uhkatyypit huomioiden, koska nämä kaksi tekijää vaikuttavat yhdessä lajien sukupuuttoon

Variação espacial de propriedades físicas e químicas do solo em olivais de Trás-os-Montes

A introdução de novos sistemas de gestão da vegetação herbácea em olivais de Trás-os-Montes tem realçado o interesse em conhecer os efeitos produzidos na variabilidade espacial das propriedades do solo. Com o presente trabalho pretende-se avaliar o efeito de diferentes sistemas de gestão do coberto vegetal herbáceo em olivais na distribuição espacial de propriedades físicas e químicas do solo. O estudo decorreu em nove olivais com os seguintes sistemas de gestão do solo: (MT) solo nu ao longo de todo o ano, com recurso à mobilização tradicional; (HB) cobertura do solo por vegetação natural, com controlo efetuado por aplicação de herbicidas na linha de plantação (LP) e destroçamento da vegetação seca na entrelinha (EL); (LS) cobertura do solo por espécies de leguminosas semeadas, com controlo efetuado por pastoreio e posterior destroçamento da vegetação seca e (VN) cobertura do solo por vegetação natural. Em cada olival foram selecionados 16 locais (8 na LP e 8 na EL), onde se procedeu à colheita de amostras de solo perturbadas e não perturbadas na profundidade 0-5 cm. Foram determinados vários parâmetros físicos e químicos do solo e calculou-se índices de enriquecimento (IE). Os olivais que utilizam coberturas vivas apresentam acumulação de resíduos orgânicos à superfície, sendo esta sempre superior na LP, o que conduz a teores de matéria orgânica superiores e com distribuição espacial mais homogénea comparativamente aos olivais mobilizados. Em concordância com esta observação, a densidade aparente é menor na LP apresentando variabilidade espacial inferior nos olivais com leguminosas semeadas. Os nutrientes do solo não apresentam uma tendência consistente com o sistema de gestão do solo, mas de um modo geral, os olivais com coberto de leguminosas tendem a apresentar maior homogeneidade espacial.The introduction of management systems for the herbaceous vegetation in olive grove from Trás-os-Montes has been stressing the interest for the knowledge about the effects caused to the spatial variability of soil properties. The objective of this work is to evaluate the effect of different management systems of herbaceous ground covers in the different spatial physical and chemical soil properties of the olive grove. The study took place in nine olive groves that have been managed with the following systems: (1) naked soil due to mobilization; (2) soil covered by natural vegetation controlled by herbicides on the plantation row and dried vegetation broken into pieces on the row between the trees; (3) soil covered by sown leguminous, controlled by grazing and (4) soil covered by natural vegetation. In each olive grove, 16 places (eight in the plantation row and eight in the row between the trees) were selected and disturbed and undisturbed soil samples were collected at 0-5 cm depth. Several physical and chemical soil parameters were calculated as well as the enrichment index (IE). Results showed that the olive groves with soil covers accumulated organic materials on the surface, reaching higher values in the plantation row, and producing higher levels of organic matter with more homogeneous spatial distribution when compared with mobilized groves. In agreement with this observation, the apparent density is lower in the plantation row showing an inferior spatial variability in the olive groves covered by sown leguminous. Soil nutrients did not show a consistent trend with the soil management system but, in a general way, the olive groves covered by sown leguminous had a tendency to present higher spatial homogeneity

Sistemas de gestão do solo em olivais de Trás-os-Montes: efeitos nas propriedades superficiais do solo

A maioria dos olivais de Trás-os-Montes ocupam áreas de risco de erosão potencial elevado a muito elevado, pelo que é fundamental aplicar técnicas de conservação do solo que evitem a perda deste recurso. A sensibilização para estas e outras questões de ordem agro-ambiental, bem como os efeitos na produção dos olivais têm vindo a incrementar a utilização de práticas culturais de controlo das infestantes alternativas à tradicional mobilização do solo. Neste sentido, o presente trabalho tem como objetivo estudar os efeitos de diferentes sistemas de gestão do coberto vegetal herbáceo em olivais nas propriedades da camada superficial do solo. O estudo decorreu em nove olivais com os seguintes sistemas de gestão do solo: (1) solo nú ao longo de todo o ano, com recurso à mobilização tradicional; (2) cobertura do solo por vegetação natural, com controlo efetuado por aplicação de herbícidas na linha de plantação e destroçamento da vegetação seca na entrelinha; (3) cobertura do solo por espécies de leguminosas semeadas, com controlo efetuado por pastoreio e posterior destroçamento da vegetação seca e (4) cobertura do solo por vegetação natural. Em cada olival foram selecionados 16 locais (8 na entrelinha e 8 na linha de plantação), onde se procedeu à colheita do horizonte orgânico (quando presente) numa área de 30 x 30 cm e de amostras de solo perturbadas e não perturbadas na profundidade 0-5 cm. Os olivais que utilizam coberturas vivas apresentam acumulação de resíduos orgânicos à superfície, sendo esta sempre superior na linha de plantação, o que conduz a teores de matéria orgânica superiores e com distribuição espacial mais homogénea comparativamente aos olivais mobilizados. Em concordância com esta observação, a densidade aparente é menor na linha de plantação apresentando variabilidade espacial inferior nos olivais com leguminosas semeadas. A capacidade de retenção de água no solo tende a ser idêntica nos diversos olivais. Os nutrientes do solo não apresentam uma tendência consistente com o sistema de gestão do solo. Apesar dos sistemas que utilizam a manutenção de coberturas vegetais vivas terem um tempo de implementação muito curto comparativamente aos sistemas mobilizados, já são percetíveis melhorias em diversas propriedades do solo, bem como na conservação do recurso solo, pelo que estes sistemas de gestão podem ter um papel decisivo na preservação dos olivais nestes ambientes

Efeito de diferentes tipos de gestão em olivais nos microartrópodes de solo usando uma abordagem funcional

Dissertação de mestrado em Bioquímica, apresentada ao Departamento Ciências da Vida da Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de CoimbraOs olivais são um importante sistema agrícola na região mediterrânea, com um papel sócio-cultural, paisagístico e económico elevado. Durante os últimos as grandes pressões humanas têm levado à intensificação de práticas de manejo como a aplicação de pesticidas e a lavoura do solo, causando a degradação dos recursos naturais e a perda da biodiversidade nestes sistemas agrícolas. Há cada vez mais evidências que demonstram o papel crucial da biodiversidade na provisão de serviços do ecossistema. A pesquisa em bioindicadores e, especialmente, em indicadores ecomorfológicos está a ser incentivada por diversas organizações internacionais, tais como a OCDE e a UE. Neste estudo foi usado um índice eco-morfológico, baseado na adaptação dos colêmbolos ao solo, que distingue diferentes morfotipos, para estudar o impacto do manejo do solo e da paisagem na estrutura e composição da comunidade de colêmbolos em olivais. Foram selecionados oito olivais com diferentes tipos de manejo do solo. De cada olival foram retiradas dezasseis amostras: oito na linha das árvores e oito na entrelinha. Contou-se o número de colêmbolos e fez-se a distribuição por diferentes morfotipos e calcularam-se diversos índices funcionais e de biodiversidade. Embora pouco significativo, as amostras retiradas da linha das oliveiras (debaixo das copas) influenciou positivamente os descritores funcionais e de biodiversidade, possivelmente devido ao maior sombreamento quando comparado com a entrelinha. A aplicação de herbicida e o corte superficial nas ervas daninhas não mostrou ter nenhum efeito na comunidade de colêmbolos. A lavoura do solo num olival teve um grande impacto negativo nos descritores funcionais e de biodiversidade. Além disso, de todos os tipos de variáveis de manejo, apenas a pastagem originou diferenças significativas entre olivais, enquanto que, dos parâmetros de solo, a principal causa das diferenças entre os olivais foi a capacidade de retenção de água. A análise de partição de variáveis atribui aos parâmetros de solo a maior percentagem de explicação, seguida pelas variáveis de manejo do olival e por último pelas variáveis de paisagem.Olive grove is an important land-use type in the Mediterranean region, with significant socio-cultural, landscape and economic roles. During the last years, high market pressures have led to the intensification of management practices such as the application of pesticides and soil tillage, causing degradation of natural resources and loss of biodiversity in these agroecosystems. Growing evidence has emphasized the crucial role of biodiversity on the provisioning of ecosystem services. The research on bioindicators and specially on ecomorphological indicators is being encouraged by several international organizations such as OECD and EU. In this approach, an ecomorphological index, which separates different springtails' morphotypes based on their adaptation to the soil was used to study the impact of land-use management and landscape features on the structure and composition of the springtails' community in olive goves. 8 groves were selected with different landuse management types. 16 samples were taken from each olive grove, 8 in the tree row and 8 in the middle-row. Springtails were counted, distributed among morphotypes and different biodiversity and functional indexes were calculated. Although rarely significant, the row of olive trees positively influenced biodiversity and functional descriptors, possibly as a consequence of greater shading when compared to the middle-row. Herbicide application and superficial cut on weeds showed no effects on the springtail community. Soil tillage inside a olive grove had a strong negative impact on biodiversity and functional descriptors. Yet, from all the management type variables, only grazing was responsible for significant differences between olive groves, while from soil parameters, the water holding capacity was the main driver for olive groves' differences. The partition of variance analysis assigns soil properties with the most explaining power, followed by management type and lately landscape features. We believe this eco-morphological trait approach is efficient when comparing similar land-use types. However, the same approach, but using identification to species level, should be used to check if similar results are met

Utilização de bioindicadores na monitorização e certificação da qualidade do olival

A intensificação das práticas agrícolas com recurso, na maioria das vezes, a aplicações de pesticidas e a mobilizações e fertilizações frequentes do solo, têm como consequência a degradação dos recursos naturais e a perda de biodiversidade nos agroecossistemas. Por outro lado, os efeitos destas práticas têm sido estudados nas últimas décadas e, devido aos seus impactes negativos, os agricultores têm sido encorajados a promover práticas agrícolas ambientalmente sustentáveis através da proteção e do incremento do estado dos agroecossistemas e da sua biodiversidade. No entanto, os benefícios ambientais gerados por estas políticas não podem ser avaliados sem que se estabeleça uma ferramenta apropriada para monitorizar a alteração das práticas agrícolas. Neste sentido, a monitorização ambiental da qualidade e sustentabilidade dos agroecossistemas pode ser obtida através do estabelecimento de indicadores biológicos como ferramentas de avaliação. Existe no entanto uma falta considerável de espécies indicadoras para avaliação de sustentabilidade. Este trabalho enquadra-­se no projeto -­‐ PTDC/AGR-PRO/111123/2009: A utilização de indicadores biológicos como ferramentas para avaliar o impacte de práticas agrícolas na sustentabilidade do olival – cujo principal objetivo visa o estabelecimento de espécies de artrópodes que possam ser utilizadas como bioindicadores de qualidade e sustentabilidade. Os grupos taxonómicos que serão alvo deste estudo serão grupos de artópodes (e.g. Araneae, Colembola, Coleoptera e Formicidae) que incluem sobretudo, organismos predadores envolvidos em serviços ecossistémicos de regulação e portanto, importantes na luta natural contra pragas. Para que o objetivo do projeto seja atingido com sucesso serão consideradas as comunidades de artrópodes obtidas a partir de um conjunto de olivais que representam um gradiente crescente de intensidade de uso do solo. Espera‐se que os resultados deste projeto permitam implantar um sistema padronizado, baseado em indicadores biológicos, de certificação do olival biológico, dando uma ideia clara aos agricultures, legisladores e consumidores sobre a qualidade do produto