Analysing Ecological Communities with Joint Species Distribution Models

Show full item record



Permalink

http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4524-6
Title: Analysing Ecological Communities with Joint Species Distribution Models
Author: Norberg, Anna
Contributor: University of Helsinki, Faculty of Biological and Environmental Sciences
Doctoral Programme in Wildlife Biology
Publisher: Helsingin yliopisto
Date: 2018-09-28
Language: en
URI: http://hdl.handle.net/10138/241375
http://urn.fi/URN:ISBN:978-951-51-4524-6
Thesis level: Doctoral dissertation (article-based)
Abstract: In community ecology, we are interested in the patterns of occurrence and abundance of multiple species coexisting and interacting in an area or habitat. There is a large array of modelling methods that can be used as species distribution models, each of which based on different assumptions on how the surrounding conditions affect the distribution of species and communities. Teasing apart and quantifying the influential processes affecting the assembly of species with statistical modelling calls for understanding the interplay between ecology and evolution, deterministic processes and randomness, as well as the structural properties and limitations of the methods in hand. In this doctoral thesis, I model the structure and assembly of natural species communities ranging from polypores to bacteria. I show how the identities of the first-arriving polypore species on coniferous dead wood in Central Finland influence the subsequent species composition. I illustrate how the functional composition of wood-inhabiting fungal communities differ between natural and managed beech forests in norther Spain. I also show how the occurrences of intestinal parasites and gut bacterial microbiota of rufous mouse lemurs in Madagascar affect each other. I validate these results by demonstrating how the novel joint species distribution modelling method utilised in these studies is among the top performing ones in comparison to other available methods by comparing 27 different species distribution model variants in terms of their predictive performance. My results support numerous previous studies showing that modelling the assembly and structure of natural species communities is a challenging task. Even with high-quality data sets only limited amount of variation in the data could be explained and attributed to the hypothesised assembly processes. In addition to technical reasons related to the nature of observational data and correlative models, this is most likely a result of the inherent complexity and stochasticity of the structure and assembly process of natural communities. Thus, it is expected that the wonderfully diverse biodiversity cannot be fully explained with comparably rigid statistical models. Nevertheless, I could attribute patterns in the data to concepts and theory of community assembly with join species distribution modelling. In all the studies of this thesis, environmental filtering was a major assembly process. After accounting for environmental filtering, I could model the residual associations between the species, which we can consider as hypotheses for species interactions. This joint modelling of both abiotic and biotic interactions results in outlining the realised niches of the species. By including species traits into the modelling framework, I brought more functional understanding to the community assembly, and by modelling the colonisation patterns of species as a function of their predecessing community, I provided a mechanistic outlook to community succession.Yhteisöekologeja kiinnostaa eliölajien esiintyminen, runsaussuhteet ja vuorovaikutukset sekä keskenään että elinympäristönsä kanssa. Lajien levinneisyyksien mallintamiseen käytettävät tilastolliset menetelmät perustuvat erilaisiin oletuksiin ympäristöolosuhteiden vaikutuksista lajien ja niiden muodostamien yhteisöjen esiintymisiin. Jotta tilastollisen mallintamisen avulla pystyttäisiin selvittämään lajien esiintymiseen vaikuttavien prosessien merkityksiä, täytyy ymmärtää ja ottaa huomioon sekä lajien ekologiaa ja evoluutiota, determinististen ja sattumanvaraisten tapahtumien suhteita että mallien rakenteista johtuvia rajoitteita. Mallinnan väitöskirjassani luonnon lajiyhteisöjen rakentumista. Tutkin monenlaisia yhteisöjä sienistä bakteereihin. Osoitan tutkimuksellani muun muassa kuinka keskisuomalaisessa havupuumetsässä lahopuulle ensimmäisenä saapuvat käävät vaikuttavat lajiyhteisön muotoutumiseen, kuinka pohjoisespanjalaisissa pyökkimetsissä lahopuulla elävät sieniyhteisöt eroavat toiminnallisesti luonnonmetsien ja talousmetsien välillä, ja miten madagaskarilaisten hiirimakien sisäloiset ja suoliston bakteeriyhteisö vaikuttavat toisiinsa. Vertailen 27:ää lajien levinneisyyden mallintamiseen käytettyä menetelmää, ja osoitan, että käyttämäni uusi menetelmä on ennustusvoimaltaan vertailtujen mallinnusmenetelmien parhaimmistoa. Väitöskirjatutkimukseni tukee aiempien tutkimusten näkemystä siitä, että luonnon lajiyhteisöjen rakentumisen mallintaminen on haastavaa. Laadukkaitakin aineistoja käytettäessä vain pieni osuus aineiston sisäisestä vaihtelusta pystytään selittämään tilastollisesti mallintamalla, ja siten yhdistämään tarkastelussa olevaan lajiyhteisöön vaikuttaviin prosesseihin. Sen lisäksi, että aineistojen rakenne ja mallien oletukset asettavat tiettyjä teknisiä rajoitteita, lajiyhteisöt ovat lähtökohtaisesti hyvin monimutkaisia ja alttiita sattuman vaikutuksille. Niinpä ei ole kovin yllättävää, että luonnon monimuotoisuutta ei pystytä kuin osittain selittämään verrattain kankeilla mallinnusmenetelmillä. Haasteista huolimatta pystyin osoittamaan yhteyksiä mallintamieni lajien esiintymien välisten riippuvuuksien ja yhteisöekologisten teorioiden välillä. Kaikissa väitöskirjani osatutkimuksissa elinympäristö osoittautui suurimmaksi yksittäiseksi lajiyhteisön rakennetta selittäväksi tekijäksi. Mallintamalla elinympäristön vaikutusten selittämättä jättämää vaihtelua löysin lajien esiintymisistä sellaisia säännönmukaisuuksia, joista pystyin johtamaan hypoteeseja lajien välisistä vuorovaikutuksista. Tällaisesta elollisten ja elottomien tekijöiden välisiä vuorovaikutuksia yhdistävästä lähestymistavasta saadut tulokset mahdollistavat eliölajien toteutuneiden ekolokeroiden hahmottelemisen. Ottamalla malleissani huomioon lajikohtaisia ominaisuuksia ja edeltävän lajiyhteisön vaikutuksia, pystyin tuomaan lajiyhteisöjen rakentumiseen myös toiminnallista näkökulmaa.
Subject:
Rights: This publication is copyrighted. You may download, display and print it for Your own personal use. Commercial use is prohibited.


Files in this item

Total number of downloads: Loading...

Files Size Format View
Analysin.pdf 22.47Mb PDF View/Open

This item appears in the following Collection(s)

Show full item record