Understanding the structure of interactions and the dynamics of spider populations in agricultural ecosystems

Der gegenwärtige Klimawandel und der zunehmende Verlust an natürlichen Lebensräumen sind mitverantwortlich für den weltweiten Rückgang der Artenvielfalt. Untersuchungen zeigen, dass sich die Stärke und Vielfalt der Interaktionen zwischen einzelnen Arten wesentlich auf die Stabilität einer Lebensgemeinschaft auswirken. Ein erweitertes Verständnis der Struktur und Dynamik von Populationen ist daher für den Erhalt von Lebewesen von zentraler Bedeutung. Spinnen sind besonders geeignet zur Untersuchung der Beschaffenheit von Populationen. Als generalistische Räuber verbreiten sie sich auf effiziente Weise („ballooning“) mit Hilfe eines Seidenfadens durch die Luft, und sind in praktisch jedem terrestrischen Nahrungsnetz in hohen Dichten zu finden. Zudem zeichnet sich die Gruppe durch eine grosse Artenvielfalt aus, wobei einzelne Arten unterschiedlich stark auf Störungsfaktoren, Strukturen und physikalische Eigenschaften ihres Habitats reagieren. Diese Doktorarbeit gliedert sich in drei Teilstudien, in denen Spinnenpopulationen und deren Räuber und Beutetiere in naturnahen Lebensräumen untersucht wurden, um einen Einblick in die Struktur und Dynamik von Lebensgemeinschaften zu gewinnen. Im ersten Experiment untersuchten wir verschiedener Faktoren, die das Vorkommen der Radnetzspinne Argiope bruennichi in naturnahen Lebensräumen beeinflussen. Getestet wurden der Einfluss von niedrigeren trophischen Ebenen (Struktur und Diversität der Pflanzen und die Dichte der Beutetiere), sowie von höheren trophischen Ebenen (das Vorkommen von Räubern). In einem Feldversuch manipulierten wir die Artenvielfalt von Pflanzen (2, 4, 6 oder 12 Arten) und somit die Struktur der Pflanzengemeinschaften innerhalb von 12 verschiedenen Buntbrachen. Die Abundanz von A. bruennichi wurde sowohl von höheren als auch niedrigere trophische Ebenen beeinflussen. Das Vorkommen ihres primären Feindes, der Hornisse (Vespa crabro), hatte einen stark negativen Effekt auf die Abundanz der Spinnen, während sich die Vielfalt der Pflanzen und die Dichte der Beutetiere positiv auswirkten. Zudem bevorzugte A. bruennichi Lebensräume mit niedrigerer Vegetation. Eine erhöhte Artenvielfalt an Pflanzen wirkte sich positiv auf die Dichte der Beutetiere und somit indirekt auf die Dichte der Spinnen aus. Erstaunlicherweise zeigte unser Versuch nebst diesem indirekten Effekt aber auch einen direkten Effekt der Pflanzendiversität auf die Spinnen. Dies könnte darauf hindeuten, dass Spinnen die Fähigkeit entwickelt haben, ihr Habitat anhand der Pflanzendiversität, die indirekt die Beutedichte widerspiegelt auszuwählen. Anhand eines Datensatzes über Spinnen, die sich durch die Luft verbreiten (ballooning), und die mit Hilfe einer Saugfalle zwischen 1994 und 2004 gefangen wurden, untersuchten wir in einem zweiten Teil den Effekt von Klimaveränderungen und Habitatverlust auf die Dynamik von Spinnenpopulationen. Hohe Dichten an fliegenden Spinnen wurden im Frühling sowie im Spätsommer beobachtet. Das Flugverhalten der insgesamt 103 Spinnenarten wurde stark von Temperatur, Sonneneinstrahlung und Feuchtigkeit beeinflusst. Auffallend war eine Veränderung des Flugverhaltens zwischen 1994 und 2004. Wir beobachteten eine Verschiebung der zweiten Hauptflugphase in Richtung Frühsommer. Die genauere Betrachtung der verschiedenen Spinnenarten zeigte einen generellen Rückgang epigäischer Spinnenarten, während die Dichte jener Arten, die in höheren Vegetationsschichten leben geringfügig zunahm. Diese Entwicklung spiegelte Veränderungen der Dichte günstiger Habitate im Untersuchungsgebiet wieder. Der extreme Sommer 2003 mit überdurchschnittlich hohen Temperaturen in ganz Europa hatte einen markanten Einfluss auf die Dynamik der fliegenden Spinnen. Während im Frühjahr überdurchschnittlich viele Spinnen beobachtet wurden, kollabierte die Population gänzlich gegen Ende des Sommers. Diese Studie zeigt, dass klimatische Extreme und der Verlust an Lebensräumen ein grösseres Risiko für Spinnenpopulationen darstellen als ein stetiger Anstieg der Temperatur. Während Spinnen im ersten und zweiten Teil dieser Studie als Akteure im Zentrum standen, untersuchten wir in einem dritten Teil Spinnen als Beutetiere der solitären Wespe Trypoxylon figulus. Diese Wespenart fängt Spinnen als Nahrung für ihre Nachkommen. Ihre Larven fressen Spinnen meist bis auf wenige Überreste auf, was das Erfassen des Beutespektrums dieser Wespenart erschwert. Zudem bevorzugt T. figulus juvenile Spinnen, die aufgrund fehlender Merkmale grösstenteils nicht auf Artniveau bestimmt werden können. Das Ziel dieser Studie war die Erarbeitung einer molekularen Methode um trophische Beziehungen zwischen Räubern und Beutetieren zu erfassen. Dazu erstellten wir einen genetischen Barcode eines Abschnittes des mitochondrialen Zytochromoxidase I (COI) Gens von 104 Spinnen (46 verschiedene Arten), die zuvor anhand von morphologischen Merkmalen auf Artniveau identifiziert wurden. Wir versuchten Spinnen aus Wespennestern bis auf Artniveau zu bestimmen, indem wir solche COI Sequenzen aus Spinnenüberresten mit dem erarbeiteten Datensatz verglichen. Es gelang uns alle Testsequenzen aus Wespennestern einer bestimmten Spinnengattung oder Spinnenart zuzuordnen. Zudem erwies sich diese Methode ebenfalls nützlich zur Bestimmung von juvenilen Spinnen. Während der Gebrauch solcher COI Datensätze von verschiedenen Autoren kritisiert wird, möchten wir mit dieser Arbeit auf zwei praktische Vorteile hinweisen: 1. Die Bestimmung von Jungtieren, die nicht über geeignete morphologische Strukturen zur Artbestimmung verfügen, sowie 2. die Ermöglichung eines besseren Verständnisses von Räuber-Beute Beziehungen in Nahrungsnetze

Insect and mollusc communities in wildflower strips: effects of plant diversity and surrounding landscape in an agro-ecosystem

Agricultural land covers approximately 38% of the world's land area, so its contribution to biodiversity is critical for successful conservation in the future. Managed in the right way, agriculture can contribute to the conservation of high-diversity systems, which may provide important ecosystem services such as pollination and biological control. The identification of environmental factors that structure biodiversity is central to the assessment of the impact of land use and climate changes and the planning of conservation strategies. The quality, proportion and spatial arrangement of semi-natural habitats and overall habitat heterogeneity in intensively-used agricultural landscapes are thought to play major roles. Aiming to better understand community organization in spatially-structured ecosystems, we made use of sown wildflower strips. Over the last decade, these ecological compensation zones have been established in the matrix of our intensive agriculture to conserve biodiversity. We conducted a semi-natural experiment in wildflower strips, manipulating trophic structure (reduction of herbivorous molluscs and of major predators) and plant diversity (2, 6, 12, 20 and 24 sown species) to assess the effect of plant diversity, biomass and composition on different functional groups of invertebrates that are of specific importance for agriculture. First we experimentally assessed the effect of plant diversity, biomass and composition on molluscs, and vice versa, the effect of mollusc abundance on vegetation. We showed that plant diversity, structure and composition can have substantial effects on mollusc abundance and composition. The agricultural pest species Arion lusitanicus was less abundant in more diverse habitats. Species rich communities thus appear to be more resistant against generalist herbivores. Plant species composition was the most important determinant of the gastropod community. Thus selective feeding and active habitat choice in molluscs might be the reason for lower abundances in diverse habitat patches. An optimization of the species composition of wildflower strips could thus reduce their attractiveness to slugs. We also provide evidence for a significant decrease in plant species richness caused by molluscs after three years of the experiment, resulting in a compositional change of the vegetation. Our results demonstrate the protective role of plant biodiversity against generalist herbivores, which would otherwise negatively impact plant diversity on a longer term, driving the system along a "low plant diversity – high mollusc abundance" trajectory. Second, we focused on hymenopteran-based food webs in standardized trap nests that allowed us to study species richness, abundance, and quantitative interactions of aboveground nesting bees and wasps that act as pollinators and biological control agents, and their natural enemies. We simultaneously analyzed the effects of plant species richness, vegetation structure and plant composition on these trap-nesting communities at a small spatial scale. Decreasing plant species richness resulted in lower wasp species richness and fewer brood cells of spider-predating wasps. However, for some functional groups, namely bees, aphidand herbivore-predating wasps, we found no effects of vegetation. Spider abundances in the wildflower strips were regulated by top-down and bottom-up control by spider-predating wasps and herbivores, respectively. Our results indicate that plant diversity loss has strong effects on mobile hymenopterans that are limited by the load of their prey. We conclude that preserving even small biodiversity hotspots with a particular rich plant composition can benefit the conservation of biodiversity in agricultural landscapes. Third, we assessed the diversity and abundance of the trap-nesting communities at the landscape scale, and compared the importance of landscape composition and heterogeneity, of spatial arrangement, and of vegetation diversity, composition and structure on the complexity and the organisation of the hymenopteran food web. The proportion of forest cover close to wildflower strips stood out as the most influential landscape element, resulting in a richer trap nest community with more links between species in the food webs and a higher diversity of interactions. Forest close to wildflower strips increased the quantitative food-web metrics vulnerability and generality, while plant species richness was positively related to compartmentalization. Our study revealed the necessity to restore a dense network of flower-rich habitat patches in agricultural landscapes and also to conserve a diverse landscape mosaic with high proportions of woody habitat, in order to 1) ensure long-term sustainability of ecosystem services such as pollination and biological control, and 2) attract fewer, and maintain a low impact of potentially problematic herbivores.Fast 38% der Landfläche unserer Erde wird landwirtschaftlich genutzt. Ihr Beitrag zur Biodiversität ist deshalb wichtig für den Umweltschutz. Wenn landwirtschaftliche Flächen nachhaltig genutzt werden, können sie zu einer hohen Diversität beitragen, was sich positiv auf sogenannte Ökosystemleistungen wie Bestäubung und biologische Schädlingsbekämpfung auswirkt. Die Identifizierung von Umweltfaktoren, welche die Biodiversität erhöhen, ist wichtig für die Einschätzung des Einflusses der Landnutzung und der Planung von Umweltschutzstrategien. Die Qualität, Fläche, räumliche Verteilung und Heterogenität von naturnahen Habitaten spielen eine wichtige Rolle in intensiv genutzter landwirtschaftlicher Fläche. Mit dem Ziel Lebensgemeinschaften in räumlich-strukturierten Ökosystemen besser zu verstehen und damit schützen zu können, führten wir eine Studie in Buntbrachen durch. Im letzten Jahrzehnt wurden diese ökologischen Ausgleichsflächen innerhalb von landwirtschaftlichen Flächen etabliert, um die Biodiversität zu erhöhen. Für unsere Studien etablierten wir 12 Buntbrachen in intensiv genutzter Landwirtschaft und manipulierten die Abundanz von Herbivoren (Schnecken und Kleinsäugern) und ihren natürlich vorkommenden Feinden (Igeln, Raubvögel und Füchsen), sowie die Artenvielfalt von Pflanzen (2, 6, 12, 20 und 24 gesäte Arten). Somit konnte der Effekt der Vegetation auf verschiedene landwirtschaftlich relevante Invertebraten Gruppen gemessen werden. Im ersten Experiment untersuchten wir den Effekt der Pflanzenmischung, Diversität und Struktur auf Schnecken, und vice versa, den Effekt der Schnecken auf die Vegetation. Unsere Ergebnisse zeigten, dass alle drei Vegetationsmerkmale einen wesentlichen Einfluss auf die Schneckenanzahl und Zusammensetzung haben. Vor allem die Art, die den grössten landwirtschaftlichen Schaden hervorruft, Arion lusitanicus, die Spanische Wegschnecke war viel weniger häufig in einem Habitat mit hohem Pflanzenartenreichtum. Wir schliessen daraus, dass artenreiche Flächen resistenter gegen generalistische Pflanzenfresser sind. Die Artenzusammensetzung der Pflanzen hatte bei weitem, den größten Einfluss auf die Schneckengemeinschaft. Der selektive Fraß und aktive Habitatswahl sind Gründe für eine geringere Anzahl an Schnecken in artenreichen Flächen. Eine Optimierung der Pflanzenartenmischung in Buntbrachen könnte somit ihre Attraktivität für Schnecken reduzieren. Der Pflanzenartenreichtum wurde drastisch durch den Schneckenfraß reduziert, was zu einer Veränderung der Pflanzenmischung führte. Unsere Ergebnisse zeigten somit eine Schutzfunktion der Pflanzendiversität gegen generalistische Herbivoren, welche wiederum einen negativen Einfluss auf die Pflanzendiversität haben können, was längerfristig zu „niedriger Pflanzendiversität bei hoher Herbivorenzahl“ führen könnte. Im zweiten Experiment analysieren wir Gemeinschaften und Nahrungsnetzte basierend auf solitären Bienen und Wespen in standardisierten Nisthilfen. Diese ermöglichten uns den Artenreichtum und die Abundanz dieser Bestäuber, und natürlichen Feinden von landwirtschaftlichen Schädlingen, ihren eigenen Feinden und ihrer Beute zu bestimmen. In unserer ersten Studie an diesem System untersuchten wir klein-räumliche Effekte der Pflanzenmischung, Diversität und Struktur auf diese Lebensgemeinschaften. Unsere Ergebnisse zeigten einen starken Rückgang der Wespendiversität mit sinkendem Pflanzenartenreichtum und eine geringere Abundanz an spinnenfressenden Wespen. Für andere trophische Gruppen, wie bienen- und herbivorenfressenden Wespen fanden wir entgegen unserer Erwartung keinen Einfluss. Desweiteren zeigte sich, dass die Spinnengesellschaft wahrscheinlich durch die spinnenfressenden Wespen von oben und gleichzeitig durch die Abundanz ihrer Beute von unten reguliert wird. Anhand unserer Studie konnten wir zeigen, dass ein Pflanzenartenrückgang einen Einfluss auf mobile Insekten haben kann, wenn diese stark von Grösse und Gewicht ihrer Beutetiere limitiert werden. Wir schlussfolgern, dass die Etablierung und Erhaltung von selbst kleinen Biodiversitäts- „Hotspots“ in der Landwirtschaft von grossem ökologischem Nutzen sein kann. Im dritten Experiment untersuchten wir wieder die Diversität und Abundanz der Bienen- und Wespengemeinschaften, aber diesmal auf der Landschaftsebene. Hierzu studierten wir den Einfluss der Landschaftszusammensetzung, der räumlichen Verteilung der Buntbrachen und der Vegetation auf die Artenzusammensetzung in Nisthilfen und die Struktur der Nahrungsnetze. Waldflächen in der Nähe von Buntbrachen hatten den stärksten Einfluss, was sich in einem größeren Artenreichtum der Nisthilfenbewohner und einer größeren Diversität an Interaktionen wiederspiegelte. Waldflächen in der Umgebung von Buntbrachen beeinflussten auch die quantitativen Messwerte und die Struktur der Nahrungsnetze, was theoretisch zu einer höheren Stabilität der Gemeinschaften führt. Unsere Studie zeigte, dass in intensiv genutzter Agrarlandschaft ein dichtes Netz von artenreichen Ausgleichsflächen mit einem hohen Anteil an Waldflächen wichtig ist, um 1) Ökosystemleistungen wie Bestäubung und biologische Schädlingsbekämpfung langfristig zu erhalten, sowie 2) die Anzahl und den Einfluss von problematischen Herbivoren zu reduzieren

Do spiders respond to global change? A study on the phenology of ballooning spiders in Switzerland

We studied ballooning spiders captured weekly over an 11-y period using a 12.2-m- high suction trap in an agricultural landscape of western Switzerland. We analyzed population trends, changes in phenology, and species composition. Yearly trends in population size of the most abundant species were studied with nonparametric correlations. We found that these trends were markedly different for ground-living (92% of all decreasing species) and upper-strata species (75% of all increasing species). These contrasting tendencies can be explained by a stronger effect of meteorological conditions on species living at ground level and by an observed decrease in habitat availability for open-habitat species. The phenology of ballooning spiders was analyzed using mixtures of Gaussian curves fitted to the yearly capture data; this was possible for the 7 most abundant species. From these, we estimated the dates of the ballooning peaks for each species and each year (1 to 4 peaks depending on the species). We found that the dates remained mostly constant: the timing of dispersal peaks showed no annual trend for all but 1 species. Using nonparametric correlation, we analyzed the relationships between the dates of the peaks and the meteorological parameters occurring before the peak dates. In line with the absence of trend, the dates of the peaks were only weakly related to meteorological conditions. The extreme climatic event of 2003 had a strong impact by reducing populations of ground-living species. Using Canonical Correspondence Analysis and clustering methods, we identified a strong shift in the phenological structure of the ballooning spider assemblage in that year. In all, despite noticeable trends in population size during the study period, the dispersal phenology did not change, which contrasts with observations from other arthropod groups

Effects of temperature variability on community structure in a natural microbial food web

Climate change research has demonstrated that changing temperatures will have an effect on community-level dynamics by altering species survival rates, shifting species distributions, and ultimately, creating mismatches in community interactions. However, most of this work has focused on increasing temperature, and still little is known about how the variation in temperature extremes will affect community dynamics. We used the model aquatic community held within the leaves of the carnivorous plant, Sarracenia purpurea, to test how food web dynamics will be affected by high temperature variation. We tested the community response of the first (bacterial density), second (protist diversity and composition), and third trophic level (predator mortality), and measured community respiration. We collected early and late successional stage inquiline communities from S. purpurea from two North American and two European sites with similar average July temperature. We then created a common garden experiment in which replicates of these communities underwent either high or normal daily temperature variation, with the average temperature equal among treatments. We found an impact of temperature variation on the first two, but not on the third trophic level. For bacteria in the high-variation treatment, density experienced an initial boost in growth but then decreased quickly through time. For protists in the high- variation treatment, alpha-diversity decreased faster than in the normal-variation treatment, beta-diversity increased only in the European sites, and protist community composition tended to diverge more in the late successional stage. The mortality of the predatory mosquito larvae was unaffected by temperature variation. Community respiration was lower in the high-variation treatment, indicating a lower ecosystem functioning. Our results highlight clear impacts of temperature variation. A more mechanistic understanding of the effects that temperature, and especially temperature variation, will have on community dynamics is still greatly needed

Interactions of "Sarracenia purpurea" and its inquilines: comparing Europe and North America

Sarracenia purpurea is a carnivorous pitcher plant from North America and a model system for aquatic communities. After the pitchers fill up with rainwater, a food web forms in these detritus-fueled ecosystems ranging from bacteria to insect larvae, including the top predator Wyeomyia smithii. Two weeks after opening this food webs consists only of a handful of small and fast dispersing species (early succession). After four weeks more species that are larger and more competitive have arrived (late succession). At this time point all functional levels of the food webs are present. In North America this includes several endemic insect larvae and a mite. In Europe, S. purpurea was introduced by seed, however the native food web (and its top predator) were not imported, resulting in all levels of the food web being filled by local species with exception to the insect niche. Thus the European Sarracenia inquiline communities share shorter evolutionary trajectories with the plant and are also top predator naive. Also in Switzerland the plant was introduced in several bogs and fens, most of them situated in the Jura and Alps above 1000m. In chapter two the interaction of S. purpurea with the European spider-genera Agelena and Dolomedes was examined. Dolomedes uses the pitchers as hunting ground and a hiding place. Agelena distribution curiously follows the insect-attraction pattern of S. purpurea, which peaks ca. 4 weeks after pitcher opening. In chapter three the effect of top predator presence on early and late succession protist communities that were either naive or non-naive to the top predator was tested. Early and late succession communities from four climatically similar sites were collected. Two of these sites were from North America (non-naive) and two sites were from Europe (naive). Finally a common garden experiment was conducted in which the changes in the protist community composition, as well as bacterial numbers, with and without the presence of the top predator were followed through time. Additionally the respiration of the whole communities at the end of the experiment was measured. In chapter four, the effects of climate change related increased temperature variations on early and late succession communities from both continents were tested. Once again conducted a common garden experiment was conducted, in which we increased the daily temperature variations in one group to extreme values (4-35°C) while the control group was treated with average temperature variations ranging from 10 to 21°C. However the average temperature among treatments for both experimental groups was equal (15.5°C). Also in this experiment the changes in protist community composition, as well as bacterial numbers were followed through time. Interestingly an impact of temperature variation on the bacteria and the protists (first and second trophic level) could be detected, however not on the mosquito-larvae (third trophic level). Bacterial density in the high variation treatment showed an initial boost in growth but then decreased quickly through time. For protists in the high variation treatment, alpha-diversity decreased faster than in the normal variation treatment, however beta-diversity increased only in the European sites showing that these communities changed their composition. In general protist community composition tended to diverge more in the late successional stage of both continents.Sarracenia purpurea ist eine fleischfressende Pflanze aus Nordamerika und gilt als Modellsystem für aquatische Lebensgemeinschaften. Nachdem die Kannenblätter sich mit Regenwasser gefüllt haben, entwickelt sich ein Nahrungsnetz in diesen auf Detritus basierenden Ökosystemen welches von Bakterien bis zu Insektenlarven reicht und den Top-Prädator Wyeomyia smithii einschliesst. Zwei Wochen nach dem Öffnen der Kannen bestehen diese Nahrungsnetze nur aus einer Handvoll kleiner Arten, die zudem schnell neue Lebensräume besiedeln können (frühes Sukzessionsstadium). Nach vier Wochen sind bereits mehr Arten, die auch größer und konkurrenzfähiger sind vorhanden (späteres Sukzessionsstadium). Zu diesem Zeitpunkt sind fast alle funktionellen Ebenen des Nahrungsnetzes vorhanden. In Nordamerika umfasst dieses einige einheimische Insektenlarven und eine Milbe. Nach Europa wurde S. purpurea aber als Samen eingeführt. Dadurch wurde das ursprüngliche Nahrungsnetz (und auch der Top-Prädator) nicht importiert. Allen trophischen Ebenen des Nahrungsnetzes, mit Ausnahme der Nische der Insekten, sind daher durch lokale Arten besetzt. Aus diesem Grund hatten die europäischen Sarracenia-bewohnenden Gesellschaften kürzere evolutionäre Entwicklungszeiten mit der Pflanze als die amerikanischen und sind zudem nicht an die Präsenz eines Top-Prädators gewöhnt. Auch in der Schweiz wurde die Pflanze in mehrere Mooren eingeführt. Die meisten von ihnen befinden sich im Jura und den Alpen in über 1000 Meter Höhe. Im zweiten Kapitel wurde die Interaktion von S. purpurea mit den europäischen Spinnengattungen Agelena und Dolomedes untersucht. Dolomedes nutzt die Kannen als Jagdrevier und Versteck. Die Verteilung der Netze von Agelena folgt interessanterweise proportional dem Muster der Insektenanlockung von S. purpurea, und erreicht ca. 4 Wochen nach der Öffnung der Kannenblätter ihren Höchststand. In Kapitel drei wurde die Wirkung der Top-Prädatorenpräsenz auf das frühe und spätere Sukzessionsstadium der Protisten-Gesellschaften untersucht. Diese waren entweder an Prädatoren gewöhnt oder eben nicht. Frühe und spätere Sukzessionsstadien von vier klimatisch ähnlichen Sarracenia-Standorten wurden gesammelt. Zwei dieser Standorte befanden sich in Nordamerika (an Prädatoren gewöhnt) und zwei weitere in Europa (nicht an Prädatoren gewöhnt). In einem „common garden” Experiment wurden die Änderungen in der Zusammensetzung der Protistengesellschaften sowie in der Bakterienanzahl, mit und ohne die Anwesenheit eines Top-Prädators über mehrere Tage verfolgt. Zusätzlich wurde am Ende des Experiments die Atmung der gesamten Lebensgemeinschaft gemessen. In Kapitel vier wurden die Auswirkungen des Klimawandels (erhöhte Temperaturschwankungen) auf frühe und spätere Sukzessionsstadium der Gesellschaften aus beiden Kontinenten getestet. Dazu wurde ein weiteres „common garden” Experiment durchgeführt, bei dem die täglichen Temperaturschwankungen in einer Gruppe auf Extremwerte (4-35 °C) erhöht wurden, während die Kontrollgruppe lediglich durchschnittlichen Temperaturschwankungen von 10 bis 21 °C ausgesetzt wurde. Die Durchschnittstemperatur für beiden Versuchsgruppen war mit (15,5 ° C) genau gleich. Auch in diesem Experiment wurden die Änderungen in der Zusammensetzung der Protistengesellschaften sowie die Anzahl der Bakterien über mehrere Tage hinweg beobachtet. Interessanterweise konnten Auswirkungen der Temperaturschwankungen auf die Bakterien und Protisten (erste und zweite Trophieebene) jedoch nicht auf dem Moskito-Larven (dritte Trophieebene) nachgewiesen werden. Die Bakteriendichte in der Versuchsgruppe der hohen Temperaturschwankungen zeigte einen anfänglichen Wachstumsschub, fiel dann aber stark ab. Bei den Protisten in der gleichen Gruppe verringerte sich die Alpha-Diversität schneller als in der normalen Versuchsgruppe. Die Beta-Diversität erhöhte sich allerdings nur in den europäischen Standorten, was zeigt, dass nur diese Gemeinschaften ihre Zusammensetzung veränderten. Im Allgemeinen neigten die Protisten Gesellschaften beider Kontinente dazu in der Zusammensetzung ihrer späten Sukzessionsstadien stärker zu divergieren

The effects of temperature and dispersal on species diversity in natural microbial metacommunities

Dispersal is key for maintaining biodiversity at local- and regional scales in metacommunities. However, little is known about the combined effects of dispersal and climate change on biodiversity. Theory predicts that alpha-diversity is maximized at intermediate dispersal rates, resulting in a hump-shaped diversity-dispersal relationship. This relationship is predicted to flatten when competition increases. We anticipate that this same flattening will occur with increased temperature because, in the rising part of the temperature performance curve, interspecific competition is predicted to increase. We explored this question using aquatic communities of Sarracenia purpurea from early- and late-successional stages, in which we simulated four levels of dispersal and four temperature scenarios. With increased dispersal, the hump shape was observed consistently in late successional communities, but only in higher temperature treatments in early succession. Increased temperature did not flatten the hump-shape relationship, but decreased the level of alpha- and gamma- diversity. Interestingly, higher temperatures negatively impacted small-bodied species. These metacommunity-level extinctions likely relaxed interspecific competition, which could explain the absence of flattening of the diversity-dispersal relationship. Our findings suggest that climate change will cause extinctions both at local- and global- scales and emphasize the importance of intermediate levels of dispersal as an insurance for local diversity

Top predators affect the composition of naive protist communities, but only in their early-successional stage

Introduced top predators have the potential to disrupt community dynamics when prey species are naive to predation. The impact of introduced predators may also vary depending on the stage of community development. Early-succession communities are likely to have small-bodied and fast-growing species, but are not necessarily good at defending against predators. In contrast, late-succession communities are typically composed of larger-bodied species that are more predator resistant relative to small-bodied species. Yet, these aspects are greatly neglected in invasion studies. We therefore tested the effect of top predator presence on early- and late-succession communities that were either naive or non-naive to top predators. We used the aquatic community held within the leaves of Sarracenia purpurea. In North America, communities have experienced the S. purpurea top predator and are therefore non-naive. In Europe, this predator is not present and its niche has not been filled, making these communities top-predator naive. We collected early- and late-succession communities from two non-naive and two naive sites, which are climatically similar. We then conducted a common-garden experiment, with and without the presence of the top predator, in which we recorded changes in community composition, body size spectra, bacterial density, and respiration. We found that the top predator had no statistical effect on global measures of community structure and functioning. However, it significantly altered protist composition, but only in naive, early-succession communities, highlighting that the state of community development is important for understanding the impact of invasion

Matching–centrality decomposition and the forecasting of new links in networks

Networks play a prominent role in the study of complex systems of interacting entities in biology, sociology, and economics. Despite this diversity, we demonstrate here that a statistical model decomposing networks into matching and centrality components provides a comprehensive and unifying quantification of their architecture. The matching term quantifies the assortative structure in which node makes links with which other node, whereas the centrality term quantifies the number of links that nodes make. We show, for a diverse set of networks, that this decomposition can provide a tight fit to observed networks. Then we provide three applications. First, we show that the model allows very accurate prediction of missing links in partially known networks. Second, when node characteristics are known, we show how the matching–centrality decomposition can be related to this external information. Consequently, it offers us a simple and versatile tool to explore how node characteristics explain network architecture. Finally, we demonstrate the efficiency and flexibility of the model to forecast the links that a novel node would create if it were to join an existing network

Structural network properties of niche-overlap graphs

The structure of networks has always been interesting for researchers. Investigating their unique architecture allows to capture insights and to understand the function and evolution of these complex systems. Ecological networks such as food-webs and niche-overlap graphs are considered as complex systems. The main purpose of this work is to compare the topology of 15 real niche-overlap graphs with random ones. Five measures are treated in this study: (1) the clustering coefficient, (2) the between ness centrality, (3) the assortativity coefficient, (4) the modularity and (5) the number of chord less cycles. Significant differences between real and random networks are observed. Firstly, we show that niche-overlap graphs display a higher clustering and a higher modularity compared to random networks. Moreover we find that random networks have barely nodes that belong to a unique sub graph (i.e. between ness centrality equal to 0) and highlight the presence of a small number of chord less cycles compared to real networks. These analyses may provide new insights in the structure of these real niche-overlap graphs and may give important implications on the functional organization of species competing for some resources and on the dynamics of these systems