Evaluating plant lineage losses and gains in temperate forest understories: a phylogenetic perspective on climate change and nitrogen deposition.

Global change has accelerated local species extinctions and colonizations, often resulting in losses and gains of evolutionary lineages with unique features. Do these losses and gains occur randomly across the phylogeny? We quantified: temporal changes in plant phylogenetic diversity (PD); and the phylogenetic relatedness (PR) of lost and gained species in 2672 semi-permanent vegetation plots in European temperate forest understories resurveyed over an average period of 40 yr. Controlling for differences in species richness, PD increased slightly over time and across plots. Moreover, lost species within plots exhibited a higher degree of PR than gained species. This implies that gained species originated from a more diverse set of evolutionary lineages than lost species. Certain lineages also lost and gained more species than expected by chance, with Ericaceae, Fabaceae, and Orchidaceae experiencing losses and Amaranthaceae, Cyperaceae, and Rosaceae showing gains. Species losses and gains displayed no significant phylogenetic signal in response to changes in macroclimatic conditions and nitrogen deposition. As anthropogenic global change intensifies, temperate forest understories experience losses and gains in specific phylogenetic branches and ecological strategies, while the overall mean PD remains relatively stable.

Les changements globaux accélèrent les processus de colonisation et d'extinction locales d'espèces, aboutissant à des gains ou à des pertes de lignées évolutives uniques. Ces gains et pertes se produisent-ils de manière aléatoire dans l'arbre phylogénétique ? Nous avons mesuré: les changements de diversité phylogénétique; et la parenté phylogénétique des espèces végétales gagnées ou perdues dans 2672 placettes semi-permanentes disposées dans le sous-bois de forêts tempérées d'Europe sur une période moyenne de 40 ans. Une fois corrigée par la richesse spécifique, la diversité phylogénétique a légèrement augmenté au cours du temps dans les différentes placettes. Les espèces perdues ont une plus grande parenté phylogénétique que les espèces gagnées. Les espèces gagnées sont donc issues d'un plus grand nombre de lignées évolutives que les espèces perdues. Certaines lignées ont gagné ou perdu davantage d'espèces que ce qui est prédit par le hasard : les Ericaceae, les Fabaceae et les Orchidaceae ayant davantage perdu, tandis que les Amaranthaceae, les Cyperaceae, et les Rosaceae ont plus gagné. Il n'y a pas de signal phylogénétique des gains ou pertes d'espèces en réponse aux changements de conditions macroclimatiques ou des dépôts atmosphériques d'azote. Alors que les changements globaux d'origine anthropique s'intensifient, les sous-bois des forêts tempérées connaissent des gains et des pertes de certaines lignées évolutives et de certaines stratégies écologiques, sans que la diversité phylogénétique moyenne ne s'en trouve véritablement affectée.

El cambio global ha acelerado las extinciones y colonizaciones a escala local, lo que a menudo ha supuesto pérdidas y ganancias de linajes evolutivos con características únicas. Ahora bien, ¿estas pérdidas y ganancias ocurren aleatoriamente a lo largo de la filogenia? Cuantificamos: los cambios temporales en la diversidad filogenética de las plantas; y la relación filogenética de las especies perdidas y ganadas en 2.672 parcelas de vegetación semipermanente en sotobosques templados europeos y re-muestreadas durante un período promedio de 40 años. Al controlar por las diferencias en la riqueza de especies, la diversidad filogenética aumentó ligeramente con el tiempo y entre parcelas. Además, las especies perdidas dentro de las parcelas exhibieron un mayor grado de relación filogenética que las especies ganadas. Esto implica que las especies ganadas se originaron en un conjunto de linajes evolutivos más diversos que las especies perdidas. Ciertos linajes también perdieron y ganaron más especies de las esperadas aleatoriamente: Ericaceae, Fabaceae y Orchidaceae experimentaron pérdidas y Amaranthaceae, Cyperaceae y Rosaceae mostraron ganancias. Las pérdidas y ganancias de especies no mostraron ninguna señal filogenética significativa en respuesta a los cambios en las condiciones macro-climáticas y la deposición de nitrógeno. A medida que se intensifica el cambio global antropogénico, los sotobosques temperados experimentan pérdidas y ganancias en ramas filogenéticas y estrategias ecológicas específicas, mientras que la diversidad filogenética media general permanece relativamente estable.

Long-term nitrogen deposition reduces the diversity of nitrogen-fixing plants.

Biological nitrogen fixation is a fundamental part of ecosystem functioning. Anthropogenic nitrogen deposition and climate change may, however, limit the competitive advantage of nitrogen-fixing plants, leading to reduced relative diversity of nitrogen-fixing plants. Yet, assessments of changes of nitrogen-fixing plant long-term community diversity are rare. Here, we examine temporal trends in the diversity of nitrogen-fixing plants and their relationships with anthropogenic nitrogen deposition while accounting for changes in temperature and aridity. We used forest-floor vegetation resurveys of temperate forests in Europe and the United States spanning multiple decades. Nitrogen-fixer richness declined as nitrogen deposition increased over time but did not respond to changes in climate. Phylogenetic diversity also declined, as distinct lineages of N-fixers were lost between surveys, but the "winners" and "losers" among nitrogen-fixing lineages varied among study sites, suggesting that losses are context dependent. Anthropogenic nitrogen deposition reduces nitrogen-fixing plant diversity in ways that may strongly affect natural nitrogen fixation.