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Functional island biogeography and functional ecology of the Canary Islands flora

  • Oceanic islands only comprise a small amount of the Earth’s land area but harbour a disproportionate amount of global biodiversity. This vast diversity is not only reflected in the taxonomic uniqueness of island biota but also in the remarkable evolution of functional traits. Functional traits, i.e. measurable characteristics that strongly influence the fitness of species, determine how a species responds to its environment and can help to gain more insights into the biogeographical, ecological and evolutionary processes that have shaped island biodiversity. However, research in island biogeography has primarily focused on species richness, and knowledge of functional trait patterns on oceanic islands is scarce. Hence, in this dissertation, I have explored how trait-based approaches can increase our understanding of how biodiversity on oceanic islands assembles and how it is driven by the environment. The Canary Islands (Spain) are a particularly suitable model system to investigate patterns and drivers of biodiversity. The archipelago is characterised by a high variation in environmental heterogeneity and inhabits a unique and well-described native flora. Therefore, I have investigated five principal research questions using the flora (Spermatophytes) of the Canary Islands as a study object. First, I have analysed how climate and biogeography shape the assembly of the Canary Islands flora using a novel trait-based approach. Second, the question of whether rare climates link to functional trait distinctiveness in the native Canary Islands flora was addressed. Third, I have examined how intraspecific trait variation is represented in the native flora of oceanic islands focusing on the succulent scrub of La Palma (Canary Islands). Fourth, this dissertation investigated whether scientific floras can be reliable sources for trait data of plants native to oceanic islands. Finally, I have explored how climate change may impact the native Canary Islands flora by analysing possible climate change-induced shifts in plant species distribution and plant traits. The results of my dissertation expand the understanding of the importance of biogeography and the environment in determining the functional composition of island floras. I have assessed that traits of endemic plant species did not expand the functional trait space of the Canary Islands but were packed with the ones of non-endemic species. This result hints at a trait convergence in endemic species, possibly driven by non-adaptive speciation processes. Moreover, I have evidenced that humidity is a critical driver of functional diversity in native plant assemblages and particularly leads to a high trait convergence in arid environments via environmental filtering. In contrast, alien species have expanded the Canary Islands flora’s functional trait space. I further have shown that in contrast to native species assemblages, alien species assemblages are characterised by an increasing functional diversity with increasing aridity. This contrasting pattern of functional diversity could pose a potential risk to the native flora of the Canary Islands as a low functional diversity is expected to reduce the resilience of species assemblages to the establishment of more functionally diverse alien plant species. However, in this dissertation, I also have revealed that endemic plant species on the Canary Islands show a high intraspecific variation in arid environments, possibly as an adaptation to environmental stress. Intraspecific variation could help endemic plant species have a competitive advantage over alien species and be more resilient to environmental changes. Furthermore, in this dissertation, I have shown that scientific floras and taxonomic monographs could be used to gain information on quantitative functional traits of plants native to oceanic islands. This finding is particularly relevant for advances in trait-based research, as coverage of trait data for oceanic island floras is extremely poor in global trait databases. Hence, for some of the studies included in this dissertation, trait data were retrieved from scientific floras and taxonomic monographs and used to answer novel scientific research questions. Thus, I have used trait data from the literature to analyse the effect of climate change on the range size of plants native to the Canary Islands. Identifying plant species of particular conservation concern is critical on oceanic islands as many island species have limited distributions and small population sizes, and their niche tracking is impeded by insularity. I have revealed that single-island endemic plants gain less and lose more climatically suitable areas than archipelago endemic and non-endemic native plants due to a climate change-induced decrease in precipitation until 2100...
  • Ozeanische Inseln machen nur einen kleinen Teil der Landfläche der Erde aus, beherbergen aber einen unverhältnismäßig großen Teil der weltweiten Artenvielfalt. Diese enorme Vielfalt spiegelt sich nicht nur in der taxonomischen Einzigartigkeit der Inselbiota wider, sondern auch in der bemerkenswerten evolutionären Entwicklung funktionaler Merkmale. Funktionale Merkmale, d. h. messbare Eigenschaften, die die Fitness von Arten stark beeinflussen, bestimmen, wie eine Art auf ihre Umwelt reagiert. Sie können dazu beitragen mehr Erkenntnisse über die biogeographischen, ökologischen und evolutionären Prozesse zu gewinnen, die die biologische Vielfalt auf Inseln geprägt haben. Die Forschung im Bereich der Inselbiogeographie hat sich bisher jedoch in erster Linie auf den Artenreichtum konzentriert, und den Erkenntnisgewinn über funktionale Merkmalsmuster auf ozeanischen Inseln vernachlässigt. In dieser Dissertation habe ich daher untersucht, wie die Analyse funktionaler Merkmale unser Verständnis dafür verbessern kann, wie sich die biologische Vielfalt auf ozeanischen Inseln zusammengesetzt hat und von ihrer Umwelt beeinflusst wird. Die Kanarischen Inseln (Spanien) sind ein besonders geeignetes Modellsystem, um die Muster und Triebkräfte der biologischen Vielfalt zu untersuchen. Der Archipel zeichnet sich durch eine große Umweltheterogenität aus und beherbergt eine einzigartige und gut beschriebene einheimische Flora. Daher habe ich zur Analyse meiner Forschungsfragen die Flora (Spermatophyten) der Kanarischen Inseln als Studienobjekt herangezogen. Zuerst habe ich analysiert, wie Klima und biogeographische Faktoren die Zusammensetzung der kanarischen Flora beeinflussen, indem ich die funktionale Diversität der Artengemeinschaften entlang von Umweltgradienten untersucht habe. Zweitens hat sich diese Dissertation mit der Frage beschäftigt, ob seltene Klimazonen die funktionalen Merkmale der einheimischen Flora der Kanarischen Inseln beeinflussen. Drittens habe ich untersucht, wie sich die intraspezifische Merkmalsvariation in einer ozeanischen Inselflora darstellt. Um dieser Forschungsfrage nachzugehen, habe ich mich auf den Sukkulentenbusch von La Palma (Kanarische Inseln) konzentriert. Viertens habe ich in dieser Dissertation untersucht, ob wissenschaftliche Floren zuverlässige Quellen für Merkmalsdaten auf ozeanischen Inseln sein können. Zuletzt habe ich erforscht, wie sich der Klimawandel auf die einheimische Flora der Kanarischen Inseln auswirken könnte. Dafür habe ich Eigenschaften analysierte, die essenziell für Pflanzen auf ozeanischen Inseln sind, um auf Umweltveränderungen zu reagieren. Die Ergebnisse meiner Dissertation tragen dazu bei, die Bedeutung der Biogeographie und Ökologie für die funktionale Zusammensetzung von Inselfloren zu verstehen. Ich habe festgestellt, dass die Eigenschaften endemischer Pflanzenarten den funktionalen Merkmalsraum auf den Kanarischen Inseln nicht erweitern, sondern mit den Eigenschaften der nicht-endemischen Arten zusammengepackt sind. Dieses Ergebnis deutet auf eine Merkmalskonvergenz bei endemischen Arten hin, die möglicherweise durch nicht-adaptive Speziationsprozesse bedingt ist. Darüber hinaus habe ich gezeigt, dass die Feuchtigkeit ein entscheidender Faktor für die funktionale Vielfalt in einheimischen Pflanzengemeinschaften ist und insbesondere in trockenen Umgebungen durch Umweltfilterung zu einer hohen Merkmalskonvergenz führt. Im Gegensatz dazu haben gebietsfremde Arten den funktionalen Merkmalsraum der kanarischen Flora erweitert. Außerdem sind gebietsfremde Artengemeinschaften durch eine zunehmende funktionale Vielfalt mit zunehmender Trockenheit gekennzeichnet. Dieses gegensätzliche Muster der funktionalen Vielfalt könnte eine potenzielle Gefahr für die einheimische Flora der Kanarischen Inseln darstellen, da eine geringe funktionale Vielfalt die Widerstandsfähigkeit von Artengemeinschaften gegenüber der Ansiedlung funktional vielfältigerer gebietsfremder Pflanzenarten verringern dürfte. In dieser Dissertation habe ich jedoch auch gezeigt, dass endemische Pflanzenarten auf den Kanarischen Inseln in trockenen Umgebungen eine hohe intraspezifische Variation aufweisen, möglicherweise als Anpassung an Umweltstress. Die intraspezifische Variation könnte endemischen Pflanzenarten einen Wettbewerbsvorteil gegenüber gebietsfremden Arten verschaffen und sie widerstandsfähiger gegenüber Umweltveränderungen machen. Darüber hinaus habe ich in dieser Dissertation feststellen können, dass wissenschaftliche Floren und taxonomische Monografien genutzt werden können, um Informationen über quantitative funktionale Merkmale von Pflanzen zu gewinnen, die auf ozeanischen Inseln heimisch sind. Diese Erkenntnis ist für die merkmalsbasierten Forschung von besonderer Bedeutung, da die globalen Merkmalsdatenbanken für die Flora ozeanischer Inseln nur sehr wenige Merkmalsdaten enthalten...

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Metadaten
Author:Dagmar Martina HanzGND
URN:urn:nbn:de:hebis:30:3-725681
DOI:https://doi.org/10.21248/gups.72568
Place of publication:Frankfurt am Main
Referee:Severin D. H. IrlORCiDGND, Thomas HicklerORCiD
Advisor:Severin D. H. Irl
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Date of Publication (online):2023/03/20
Year of first Publication:2022
Publishing Institution:Universitätsbibliothek Johann Christian Senckenberg
Granting Institution:Johann Wolfgang Goethe-Universität
Date of final exam:2023/03/10
Release Date:2023/03/20
Tag:Canary Islands; Endemism; Functional Traits; Island Biogeography; Plants
Page Number:210
Note:
Kumulative Dissertation – enthält die akzeptierten Manuskriptversionen (Author Accepted Manuscripts) der folgenden Artikel:

Hanz, Dagmar M.; Cutts, Vanessa; Barajas-Barbosa, Martha Paola; Algar, Adam C.; Beierkuhnlein, Carl; Fernández-Palacios, José María; Field, Richard; Kreft, Holger; Steinbauer, Manuel J.; Weigelt, Patrick; Irl, Severin D.H. (2022): Climatic and biogeographical drivers of functional diversity in the flora of the Canary Islands. Global Ecology and Biogeography, 31(7), S. 1313-1331, ISSN 1466-8238. DOI: 10.1111/geb.13507.

Hanz, Dagmar Martina; Beloiu, Mirela; Wipfler, Raja; Beierkuhnlein, Carl; Field, Richard; Anke, Jentsch; Vetaas, Ole Reidar, Irl, Severin David Howard (2022): High species turnover and low intraspecific trait variation in endemic and non-endemic plant species assemblages on an oceanic island. Journal of Vegetation Science, 33(1), ISSN 1654-1103. DOI: 10.1111/jvs.13120.

Cutts, Vanessa; Hanz, Dagmar M.; Barajas-Barbosa, Martha Paola; Algar, Adam C.; Steinbauer, Manuel J.; Irl, Severin D.H.; Kreft, Holger; Weigelt, Patrick; Fernandez Palacios, Jose María; Field, Richard (2021): Scientific floras can be reliable sources for some trait data in a system with poor coverage in global trait databases. Journal of Vegetation Science, 32(3), ISSN 1654-1103. DOI: 10.1111/jvs.12996.


Kumulative Dissertation - enthält die eingereichten Manuskriptversionen (Author Submitted Manuscripts) der folgenden Artikel: 

Cutts, Vanessa; Hanz, Dagmar M.; Barajas-Barbosa, Martha Paola; Schrodt, Franziska; Steinbauer, Manuel; Beierkuhnlein, Carl; Denelle, Pierre; Fernández-Palacios, José Maria; Gaüzère, Pierre; Grenié, Matthias; Irl, Severin D. H.; Kraft, Nathan; Kreft, Holger; Maitner, Brian; Munoz, François; Thuiller, Willfried; Violle, Cyrille; Weigelt, Patrick; Field, Richard; Algar, Adam: Links to rare climates do not translate into distinct traits for island endemics.

Hanz, Dagmar M.; Cutts, Vanessa; Barajas-Barbosa, Martha Paola; Algar, Adam; Beierkuhnlein, Carl; Collart, Flavien; Fernández-Palacios, José María; Field, Richard; Karger, Dirk N.; Kienle, David; Kreft, Holger; Patiño, Jairo; Schrodt, Franziska; Steinbauer, Manuel J.; Weigelt, Patrick; Irl, Severin D. H.: Effects of climate change on the distribution of plant species and plant traits on the Canary Islands.
HeBIS-PPN:506165159
Institutes:Geowissenschaften / Geographie / Geographie
Dewey Decimal Classification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 55 Geowissenschaften, Geologie / 550 Geowissenschaften
5 Naturwissenschaften und Mathematik / 57 Biowissenschaften; Biologie / 570 Biowissenschaften; Biologie
5 Naturwissenschaften und Mathematik / 58 Pflanzen (Botanik) / 580 Pflanzen (Botanik)
Sammlungen:Universitätspublikationen
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