Phylogenetic structure of plant communities along environmental gradients: a macroecological and evolutionary approach

Abstract

Tänased taimekooslused on kujunenud sadade miljonite aastate jooksul, kuidas aga koosluste kujunemist on mõjutanud evolutsioon, eelkõige liikide omavahelised sugulussuhted, on vähe uuritud. Vastuse annab pilguheit taimekoosluste põlvnemisse ja tänapäevaste ning ajalooliste keskkonnatunnuste võrdlemine. Nii selgus, et metsakooslustes on liigid lähemas suguluses troopikas, niitudel aga parasvöötmes. Tõenäoliselt tuleneb see puittaimede evolutsiooniliselt kõrgemast vanusest, rohttaimed ja kõrrelised on märksa vähem aega maakeral elanud. Ilmselt on ka puittaimed aeglaselt levinud tekkekohast troopikas pooluste suunas. Kõrbestumisele reageerivad taimed erinevalt: üheaastased liigid on lähemas suguluses kuivades oludes, mitmeaastased aga niisketes oludes. Tõenäoliselt on põhjuseks üheaastaste taimeliikide parem ellujäämus stressitingimustes ning mitmeaastaste taimede kui tugevamate konkurentide ülekaal soodsates oludes. Atlantilise vihmametsa piirkonna niiskes ja külmas taimkattes on kaugele minevikku vaadates puittaimed omavahel kauges suguluses, kuid vaadates hilisemaid liikide põlvnemisel toimunud lahknemisi, lähedases suguluses. Kuiva ja soolase mullaga taimekattes on kauges minevikus toimunud liikide lahknemiste põhjal puittaimed seevastu lähedases suguluses, kuid selge sugulusmustrita, kui vaadata hiliseid lahknemisi. Need erinevused tulenevad tõenäoliselt vanade Gondwana aegsete ja hilisemate neotroopilise päritoluga liikide koos kasvamisest. Töö tulemused toetavad liikide põlvnemisandmete ehk fülogeneetika laialdasemat kasutuselevõttu, sest see aitab mõista eluslooduse mitmekesisuse mustrite päritolu ja säilimise mehhanisme, ning on olulised tänaste kliimamuutuste ja elupaikade kaoga tegelemisel.

Evolution plays an important role in the way species are assembled into communities of different habitat types and along environmental gradients. However, the emerging diversity patterns remain poorly understood. In this thesis, patterns of plant community phylogenetic structure were investigated in response to current and historical environmental gradients. The main findings are that (1) forest communities consist of more closely related species at low latitudes, whereas in grassland communities, species are more closely related in the temperate zone. This pattern probably results from woody lineages being evolutionary older than herbs and grasses, emerging in the tropics and selectively dispersing to colder regions. (2) Species with different life-cycle strategies respond contrastingly to desertification. Annuals show phylogenetic clustering at medium-to-high aridity, perennials at low aridity. This indicates a strong effect of environmental filtering on annuals along the aridity gradient and the presence of closely related perennials with strong competitive abilities in mesic communities. (3 and 4) In wet and cold habitats of the Atlantic Forest Domain, tree communities are phylogenetically overdispersed when related to deep past evolutionary events but clustered when related to recent events. Co-existing species in habitats with water limitation and high soil salinity are closely related when related to past evolutionary events and show random phylogenetic structure when related to recent events. These differences probably arise from the coexistence of old Gondwanan and more recent Neotropical lineages. The results of this thesis add insights into the use of phylogenetic information to investigate the origin and maintenance of diversity . The results are also significant in the context of current climate change and habitat destruction because these events threaten the evolutionary history that species share in natural communities.