Anthropogenic biodiversity changes and altered biogeographic patterns on islands

Titelangaben

Walentowitz, Anna:
Anthropogenic biodiversity changes and altered biogeographic patterns on islands.
2022 . - XII, 278 S.
( Dissertation, 2023 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT )

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Abstract

Aktuelle Biodiversitätsmuster auf Inseln sind das Resultat eines komplexen Zusammenspiels natürlicher und anthropogener biogeografischer Einflussfaktoren. Die Entstehungsgeschichte von Inseln, ihre Größe, Topografie, Isolation und latitudinale Lage, sind nur einige Parameter, die das spezifische Vorkommen von Arten auf Inseln bestimmen. Über Jahrtausende und -millionen haben sich so einzigartige insulare Ökosystemen und Artengemeinschaften entwickelt. Seit der weltweiten menschlichen Besiedlung haben Inseln jedoch eine zusätzliche Dimension des Wandels erfahren. Natürliche Landschaften werden zunehmend in landwirtschaftliche Flächen und Siedlungen umgewandelt. Infrastruktur fragmentiert Ökosysteme, natürliche Ressourcen werden ausgebeutet und das Klima verändert sich mit immenser Geschwindigkeit. Pflanzen- und Tierarten werden weltweit absichtlich oder versehentlich aus ihren natürlichen Verbreitungsgebieten transportiert und gelangen auf diese Weise auch auf Inseln, auf denen sie gebietsfremd sind. Angesichts der anhaltenden Veränderung natürlicher Ökosysteme im Anthropozän ist es von grundlegender Bedeutung, die Auswirkungen natürlicher Faktoren auf Biodiversitätsmuster von menschlichen Veränderungen zu unterscheiden. Im Zusammenhang mit dem globalen Biodiversitäts-verlust ist die Entflechtung von Wirkungsmechanismen und Kausalitäten, welche insulare Biodiversität beeinflussen, für ein besseres Verständnis der natürlichen langfristigen ökologischen und evolutionären Prinzipien in unserer sich schnell wandelnden Welt unerlässlich. Diese Doktorarbeit widmet sich der Untersuchung vielseitiger inselbiogeographischer Muster und ihrer Entstehung im Anthropozän. Die präsentierten Manuskripte bauen auf dem Vermächtnis vorheriger Forschung im Bereich der Inselbiogeografie auf. Inseln werden dabei als Mikrokosmen oder natürliche Laboratorien genutzt, um biogeografische Theorien zu entwickeln, zu testen, und zu hinterfragen. So erweitert die in dieser Doktorarbeit präsentierte Forschung unser Wissen über spezifische Aspekte der natürlichen sowie der vom Menschen beeinflussten Biodiversität. Diese Arbeit befasst sich somit mit dem sogenannten Hookerschen Defizit der Biodiversitätsforschung (engl. Hookerian shortfall). Dieses beschreibt die Problematik ob Inselökosysteme trotz anthropogener Überprägung für Biodiversitäts-forschung genutzt werden können. Der erste Teil der zugrunde liegenden Arbeit umfasst biogeografische Studien basierend auf multiplen Inselsysteme. Die hierfür analysierten Referenzsysteme sind küstennahe, kontinentale und ozeanische Inseln weltweit. Hierbei werden anthropogene Aspekte einbezogen, um die klassische Theorie der Inselbiogeografie weiterzuentwickeln. Ein Novum ist die Verknüpfung funktioneller Aspekte, hier speziell Verbreitungsmechanismen von Pflanzen, mit der biogeografischen Inseltheorie, unter Einbezug anthropogener Veränderung der Biodiversität auf Inseln. Eine globale paläoökologische Studie über langfristige Verläufe der zeitlichen Entwicklung gebietsfremder Pflanzen weist auf ein frühes Vorkommen solcher Arten (vor 1000 Jahren) auf Inseln hin, welches von wissenschaftlichen Aufzeichnungen (maximal 500 Jahre) divergiert. Diese Arbeit leistet eine Diskussionsgrundlage für die Existenz von neuartigen Ökosystemen (engl. novel ecosystems) und kann als Referenzstudie für Ökosystemrestauration und Naturschutz auf Inseln dienen. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden Fallstudien mit Fokus auf spezifische Aspekte der kontemporären Inselbiodiversität vorgestellt. Die Untersuchungsgebiete sind hierbei die Kanaren und die Galápagos-Inseln. Diese Archipele wurden von der Autorin für ökologische Feldarbeiten besucht. Dabei den wissenschaftlichen Spuren von Alexander von Humboldt und Charles Darwin zu folgen, deren Entwicklung ökologischer und evolutionärer Theorien von diesen Inselsysteme inspiriert wurde, ist ein enormes Privileg. In den dargelegten Untersuchungen werden biogeographische Muster gebietsfremder Pflanzenarten und deren Auswirkungen auf die heimische Vegetation analysiert. Die Ergebnisse dienen als Grundlage für die Wiederherstellung ursprünglicher Ökosysteme, um nachteilige Auswirkungen eingeführter Neobiota auf endemische Arten zu mindern. Darüber hinaus werden natürliche insulare Biodiversitätsrefugien auf den Kanarischen Inseln hinsichtlich des Geodiversitäts-Biodiversitäts-zusammenhangs untersucht. Diese Refugien sind wichtige Referenzgebiete in einer Welt, die stark durch menschliche Aktivität beeinflusst ist. Ein umfassendes floristisches Gesamtwerk der Kanarenflora als Referenz für biogeografische, ökologische und evolutionäre Studien ergänzt diesen Abschnitt. Die vorliegende Doktorarbeit leistet einen Beitrag zum verbesserten Verständnis insularer Biodiversitätsmuster im Anthropozän. Die Fortschritte beziehen sich auf die Berücksichtigung anthropogener Einflüsse auf Artverbreitungen, den Einbezug funktionaler Aspekte in die biogeografische Inseltheorie und die Rekonstruktion temporärer Biodiversitätsveränderungen. Generell ist die Berücksichtigung anthropogener Biodiversitätsveränderungen in der Inselbiogeografie eine zukünftige Herausforderung. Meine Arbeit leistet einen Beitrag zu einem verbesserten Verständnis von historischen und aktuellen Biodiversitätsmustern auf Inseln.

Abstract in weiterer Sprache

Current biodiversity patterns on islands are the result of a complex interplay of natural and anthropogenic biogeographic drivers. Island ontogeny, area, topography, isolation, and latitudinal location on the planet, to name just a few, play a central role in determining insular species occurrences. Over millennia and millions of years, islands have assembled unique species communities shaped by their typical environmental characteristics. However, since the emergence and planetary-wide settlement of humans, islands have experienced an additional dimension of change. Natural land was converted into agricultural fields, meadows, and settlements. Infrastructure cuts across ecosystems, natural resources are exploited, and climate is changing at immense speed. Plant and animal species are transported deliberately or accidentally outside their natural ranges and that way also reach islands. Given the ongoing changes to natural ecosystems in the Anthropocene, it is fundamental to differentiate between impacts of natural and human drivers of changes to biodiversity patterns. In the context of global biodiversity transformation and loss, disentanglement of precise impact mechanisms and causalities affecting insular biodiversity is essential for a better understanding of natural long-term ecological and evolutionary principles in our rapidly changing world. This thesis is devoted to study biogeographic patterns and their emergence in the Anthropocene in multifaceted ways. The manuscripts presented built upon the legacy of island biogeographic research. Islands with their discrete boundaries are used as microcosms or natural laboratories to develop, test, and challenge biogeographic theory. The presented research thereby extends our knowledge on specific aspects of natural as well as human-mediated biodiversity. This thesis thereby addresses the so-called Hookerian shortfall of biodiversity research that focuses on the challenge of using islands as discrete ecosystems to understand biodiversity changes in times of heavy anthropogenic alterations of entire landscapes. The first part of the underlying work comprises multi-island studies and incorporates anthropogenic aspects to advance classic theory of island biogeography. The analysed reference systems are barrier, continental, and oceanic islands around the globe. A novelty is the linkage of functional aspects, precisely plant dispersal syndromes, to island biogeographic theory while also accounting for human-mediated change of island biodiversity. A global palaeoecological study on long-term trajectories of temporal non-native species development unveils an earlier onset of such species (1000 years ago) than has been deduced from existent censuses and scientific records (500 years ago). This study relates to ongoing discussions about novel ecosystems and provides baseline information for restoration and conservation projects on islands. The development of specific case studies, presented in the second part of this thesis, enables a detailed view on specific aspects of extant insular biodiversity. The Canary and Galápagos Islands serve as reference systems as these archipelagos were visited by the author of this doctoral thesis for field work. It is a privilege to follow the scientific routes of Alexander von Humboldt and Charles Darwin, whose ground-breaking advances in ecology and evolutionary biology were inspired by these particular island systems. The presented case studies analyse biogeographic patterns of non-native plant species and their impacts on native vegetation. The findings aid understanding of invasions and ecosystem restoration to mitigate adverse impacts of such introduced biota on island endemics. Furthermore, local arks of outstanding insular biodiversity, that constitute important reference sites as opposed to heavily human-impacted areas in the Canary Islands, are studied. A comprehensive floristic baseline established for this archipelago to advance and support biogeographic, ecological, and evolutionary studies complements this section. This thesis contributes to the general understanding of insular biodiversity patterns in the Anthropocene. Thereby, advancements from the inclusion of the anthropogenic dimensions into assessments of extant species’ distributions, incorporation of functional, dispersal-related aspects into island biogeographic theory, and the development of biodiversity timelines are achieved. Contemporizing island biogeography is a future challenge. This doctoral thesis is a contribution to a better understanding of past and current biodiversity on islands.