Evolutionary constraints on tree size and above‐ground biomass in tropical dry forests. (25th January 2021)

• Record Type: Journal Article
• Authors: de Aguiar‐Campos, Natalia; Coelho de Souza, Fernanda; Maia, Vinícius Andrade; Rezende, Vanessa Leite; de Souza, Cleber Rodrigo; de Paula, Gabriela Gomes Pires; Santos, Paola Ferreira; de Oliveira Menino, Gisele Cristina; da Silva, Wilder Bento; dos Santos, Rubens Manoel
• Editors: Zambrano, Jenny
• Is Part Of: Journal of ecology. Volume 109:Number 4(2021)
• Page Start: 1690
• Page End: 1702
• Publication Date: 2021-01-25
• Subjects: biomass stock -- Caatinga -- ecological dominance -- evolutionary model -- niche preference -- phylogenetic signal -- species abundance; Plant ecology -- Periodicals; 577.05
• DOI: 10.1111/1365-2745.13589
• Languages: English
• ISSNs: 0022-0477

Abstract

Abstract: The extent (or lack) of phylogenetic signal for key ecological traits reveals the role of evolutionary processes on present‐day ecosystem function and hints on future ecological trends under climate change scenarios. This approach has been applied to South American tropical moist forests, but not to the highly threatened seasonally dry tropical forests (SDTF), despite the acknowledgement of their unique evolutionary history. To fill this knowledge gap, we investigated the legacy of evolutionary processes on vital ecological characteristics among SDTF trees: regional dominance, tree size and soil preference. We used tree community data on 313 plots of SDTF (12.52 ha) and locally collected soil data in central‐eastern Brazil. For each assessed trait (three for regional dominance, three for tree size and nine for soil preference), we investigated the legacy of evolution using two different approaches: calculating the extent of phylogenetic signal and comparing the fit of four different models of evolution. Above‐ground woody biomass and tree size showed strong phylogenetic signal. Most of the SDTF biomass stock was concentrated on a few large‐sized and closely related tree genera. Among the soil preference variables, only phosphorus displayed significant, albeit weak, phylogenetic signal. Synthesis . Our study is the first to show that evolutionary constraints related to tree size significantly determine regional biomass stocks of seasonally dry tropical forests (SDTF) in a few closely related tree lineages. This suggests that even isolated SDTF fragments with low taxonomic and phylogenetic diversity can play an important role in the global carbon cycle, storing disproportionally large amounts of carbon in trees that belong to high‐biomass lineages. Whether these lineages also share climate change‐induced mortality risk deserves future investigation, as they are largely responsible for the maintenance of regional SDTF biomass stocks. Abstract : Our study is the first to show that evolutionary constraints related to tree size significantly determine regional biomass stocks of seasonally dry tropical forests (SDTF) in a few closely related tree lineages. This suggests that even isolated SDTF fragments with low taxonomic and phylogenetic diversity can play an important role in the global carbon cycle, storing disproportionally large amounts of carbon in trees that belong to high‐biomass lineages. Whether these lineages also share climate change‐induced mortality risk deserves future investigation, as they are largely responsible for the maintenance of regional SDTF biomass stocks. Resumo: A extensão (ou falta) de sinal filogenético para características ecológicas revela o papel de processos evolutivos em funções ecossistêmicas atuais e sugere futuras tendências ecológicas sob o cenário das mudanças climáticas. Esta abordagem já foi aplicada às florestas úmidas tropicais da América do Sul, mas não às ameaçadas florestas tropicais sazonalmente secas (FTSS), apesar de seu histórico evolutivo único. Para preencher esta lacuna, nós investigamos o legado de processos evolutivos em características ecológicas essenciais entre árvores de FTSS: dominância regional, tamanho de árvores e preferência edáfica. Usamos dados da comunidade arbórea e dados de solo localmente coletados em 313 parcelas (12, 52 hectares) de FTSS do centro‐leste brasileiro. Para cada característica avaliada (três para dominância regional, três para tamanho de árvores e nove para preferência edáfica), investigamos o legado da evolução a partir de duas abordagens: calculando a extensão do sinal filogenético e comparando o ajuste de quatro modelos de evolução. Encontramos forte sinal filogenético para biomassa lenhosa acima do solo e tamanho de árvores. A maior parte do estoque de biomassa das FTSS esteve concentrado em alguns gêneros aparentados que possuem grandes árvores. Entre as variáveis de preferência edáfica, somente fósforo apresentou sinal filogenético significativo, ainda que fraco. Síntese . Nosso estudo é o primeiro a mostrar que restrições evolutivas relacionadas ao tamanho de árvores determinam significativamente o estoque regional de biomassa de FTSS em linhagens aparentadas de árvores. Isto sugere que mesmo fragmentos isolados de FTSS com baixas diversidades taxonômica e filogenética podem ter um papel importante no ciclo de carbono global, estocando quantidades desproporcionalmente grandes de carbono em árvores que pertencem a linhagens de alta biomassa. Também merece ser investigado se estas linhagens compartilham risco de mortalidade induzido pelas mudanças climáticas, uma vez que elas são amplamente responsáveis pela manutenção dos estoques regionais de biomassa em FTSS.