"Eesti Teadusfondi uurimistoetus" projekt ETF8613
ETF8613 "Dünaamiliste taimekoosluste fülogeneetilise mitmekesisuse muutused suurel ja väikesel skaalal (1.01.2011−31.12.2014)", Pille Gerhold, Tartu Ülikool, Loodus- ja tehnoloogiateaduskond, Tartu Ülikooli Ökoloogia- ja Maateaduste Instituut.
ETF8613
Dünaamiliste taimekoosluste fülogeneetilise mitmekesisuse muutused suurel ja väikesel skaalal
Large- and small-scale variation in phylogenetic diversity in dynamic plant communities
1.01.2011
31.12.2014
Teadus- ja arendusprojekt
Eesti Teadusfondi uurimistoetus
ETIS klassifikaatorAlamvaldkondCERCS klassifikaatorFrascati Manual’i klassifikaatorProtsent
1. Bio- ja keskkonnateadused1.4. Ökoloogia, biosüstemaatika ja -füsioloogiaB270 Taimeökoloogia 1.5. Bioteadused (bioloogia, botaanika, bakterioloogia, mikrobioloogia, zooloogia, entomoloogia, geneetika, biokeemia, biofüüsika jt100,0
PerioodSumma
01.01.2011−31.12.201110 200,00 EUR
01.01.2012−31.12.201210 200,00 EUR
01.01.2013−31.12.201310 200,00 EUR
01.01.2014−31.12.201410 200,00 EUR
40 800,00 EUR

Eluslooduse mitmekesisuse mustrite ja nende tekkemehhanismide uurimine on üks ökoloogia põhiküsimusi ja ka looduskaitse alustalasid. Siiani on eluslooduse mitmekesisust vaadeldud enamasti pelgalt liigirikkuse kaudu. Liikide arvu abil ei mõõda me aga mitmekesisust selle bioloogilises tähenduses erinevate geenide ja tunnuste mitmekesisuse näol. Viimast lähenemist võimaldab liikide fülogeneetilise suguluse arvesse võtmine looduslikes kooslustes. Konstantse liigirikkuse juures võib kooslus võib olla fülogeneetiliselt mitmekesine ehk hajutatud struktuuriga, st koosneda kaugelt suguluses olevatest liikidest või fülogeneetiliselt vaene ehk klasterdunud struktuuriga, st koosneda lähisugulasliikidest. Fülogeetiliselt mitmekesised kooslused on eluslooduse mitmekesisuse kaitse seisukohalt prioriteetsed kuna esindavad suuremat hulka evolutsioonilist ajalugu erinevate geenide ja tunnuste näol. Erineva fülogeneetilise struktuuriga koosluste levimise ajaloolised mustrid ja nende tekkimise mehhanismid on siiani selgitamata. Samuti ei ole teada, millised tänapäevased ökoloogilised protsessid suurendavad või vähendavad koosluse fülogeneetilist mitmekesisust. Oletatakse, et keskkonna filtreerimine soodustab lähisugulasliikidest koosneva koosluse tekkimist; konkurentsis aga tõrjutakse kooslusest välja pigem lähisugulastest liigid, tekitades nii fülogeneetiliselt mitmekesise koosluse. Need hüpoteesid on aga siiani tõestamata. Looduslikes kooslustes ei ole läbi viidud ühtegi eksperimenti, mis nt. konkurentsi suurendamise või vähendamise kaudu püüaks koosluse fülogeneetilist mitmekesisust suurendada või vähendada. Käesolevas projektis plaanime uurida muutusi dünaamiliste taimekoosluste fülogeneetilises mitmekesisuses nii kooslusetüübi piires (suures skaalas) kui koosluse sees (eksperimentaalsetes töötlustes väikeses skaalas). Suures skaalas plaanime uurida muutusi koosluste fülogeneetilises struktuuris liikide looduslikul saabumisel kooslustesse ja liikide kadumisel kooslustest. Väikeses skaalas jälgime koosluse fülogeneetilise struktuuri muutusi eksperimentaalselt suurendatud ja vähendatud konkurentsi tingimustes. Toome töösse sisse ka hiljuti teaduskirjanduses avaldatud mõõtme fülobeetamitmekesisuse, mille abil mõõdame fülogeneetilist kaugust nii kooslusetüübi kui üksiku koosluse piires. Selle meetodiga näitame, kas muutused koosluse fülogeneetilises struktuuris on tingitud ruumilisest (suures skaalas) või keskkonnatingimuste poolt loodud (väikeses skaalas) gradiendist.
A major challenge in ecology is to explain the patterns of biodiversity and the mechanisms and processes that form these patterns. This knowledge is essential to manage biodiversity conservation. Until recently biodiversity has been viewed on the level of species richness. However, with the measures of species richness we fail to assess true biodiversity on the level of various evolutionary lineages carrying the diversity of genes. Taking into account phylogenetic relations of the species in a community gives us this information. Species richness remaining the same, a community can be phylogenetically rich or over-dispersed, i.e. consisting of distantly related species or it can be phylogenetically poor or clustered, i.e. consisting of closely related species. Phylogenetically diverse communities have high conservational value since they comprise high diversity of evolutionary lineages. It is still unknown under which circumstances communities of different phylogenetic diversity occur. It is also unclear which ecological processes increase or decrease phylogenetic diversity in natural communities. It is generally accepted that environmental filtering favors closely related species (creating phylogenetically poor communities) and competitive exclusion favors distantly related species (creating phylogenetically rich communities). However, these assumptions are largely untested. Particularly, there are no experiments conducted on phylogenetic diversity in natural communities which would manipulate the increase or decrease of phylogenetic diversity. In this project we aim to study phylogenetic patterns in dynamic plant communities on a large scale to test the effect of natural species loss (e.g. in overgrown grasslands) and gain (e.g. in abandoned quarries) on community phylogenetic diversity. We will also test experimentally on a small scale (in a grassland community) whether the loss and gain of species via an increased competition (due to fertilisation) or decreased competition (due to addition of sugar) leads to a phylogenetically poor vs rich community. We will also measure phylobetadiversity which assesses phylogenetic distance among and within communities and thus shows how community phylogenetic diversity changes as a function of spatial (large-scale) and environmental (small-scale) gradients.
Projekti eesmärgiks oli uurida liikide evolutsioonilist vanust ja sugulust näitavat elurikkuse mõõtu – fülogeneetilist mitmekesisust (FM) – taimekooslustes suurel ja väikesel skaalal, et kontrollida seni kehtinud kooslusi kujundavaid ökoloogilisi mehhanisme: elupaiga filtreerimist suurel skaalal, konkurentsi väikesel skaalal. Suurel skaalal tõestasime, et väikese FM-ga kooslused on invasioonidele vastuvõtlikumad (Gerhold et al. 2011). Esmakordselt ökoloogias näitasime tolmuterade andmete põhjal FM suure-skaalalist jää-aja järgset dünaamikat Eesti alal (Reitalu et al. 2015). Leidsime, et suure-skaalaline FM muutus taimkattetüübi vanusega: suurim FM oli Läänemere-äärsetel õhukese mullaga alvaritel, kus kasvukoha pikaajaline avatus võimaldas fülogeneetiliselt erinevate liikide kogunemist (Reitalu et al. 2014), kusjuures potentsiaalselt sobivad liigid olid puudu kahe tunnuse: kehva levimisvõime ja vähese stressitaluvuse tõttu (Riibak et al. 2014). Väikese-skaalalise (1x1m) FM puhul leidsime liikide kadumisel FM ja tunnuste mitmekesisuse vähenemise, liikide lisandumisel aga suurenemise, mis näitab, et FM ja tunnuste mitmekesisus pole nii tugevalt seotud, nagu seni arvatud, ning need ei pruugi seletada koosluste kujunemise mehhanisme (Gerhold et al. 2013). Samal skaalal näitasime, et maa pealset kooslust mõjutab konkurents, maa-alust kasvukoha filtreerimine (Price et al. 2012) ning klassikaline konkurentsi mehhanism – limiteeriv sarnasus – ei ole looduslikes kooslustes nii levinud, nagu siiani arvati (Price & Pärtel 2013). Me ei suutnud tõestada taimekoosluse FM seost mükoriissete seente mitmekesisusega (Hiiesalu et al. 2014). Tulemused elupaiga filtreerimise ja konkurentsi paika pidamatusest koosluste kujunemisel viisid ülevaateartikli kirjutamiseni, kus näitame, et pelgalt FM (ilma tunnusteta) ei tohiks kasutada nn. proxy´na koosluste kujunemise selgitamiseks (Gerhold et al. 2015). Arendasime välja funktsionaalse liigifondi kontseptsiooni, mis võimaldab kooslust kujundavaid mehhanisme uurides eristada biootilised mehhanismid abiootilistest (de Bello et al. 2012).