Environmental biology, ecotoxicology (Council of Complex Environmental Sciences)
100 %
Ortelius classification: Plant ecology
Panel
Ecology and evolution 1
Department or equivalent
Institute of Ecology and Botany, Centre for Ecological Research, Hungarian Academy of Sciences (Centre for Ecological Research)
Participants
Barabás, Sándor Csecserits, Anikó Dancza, István Gyalus, Adrienn Kertész, Miklós Lhotsky, Barbara Ónodi, Gábor Rédei, Tamás Rigó, Attila Varga, Anna
Starting date
2017-09-01
Closing date
2022-08-31
Funding (in million HUF)
39.768
FTE (full time equivalent)
9.07
state
closed project
Summary in Hungarian
A kutatás összefoglalója, célkitűzései szakemberek számára Itt írja le a kutatás fő célkitűzéseit a témában jártas szakember számára. A tavaly lezárt NKFIH finanszírozású projektünk eredményeire és tapasztalataira építve, a növénytársulások szerveződésének jelleg alapú tanulmányozását tervezzük. Ebben az új projektben figyelembe vesszük a korábbiban nem vizsgált fajon belüli változatosságot (intraspecific trait variation, ITV) is , és teszteljük a korábbi eredmények térbeli kiterjeszthetőségét. A stressz-gradiens hipotézis tesztelésére, az előző projekthez hasonlóan, hosszú produktivitási gradienseket fogunk megmintázni. A jellegek fajon belüli változatossága három komponense bontható: populációk közti különbségek, egyedek közti különbségek a populáción belül és egyeden belüli különbségek a szervek között. A projektben az első két komponens vizsgálatával foglalkozunk majd. Az ITV abszolút és relatív (fajok közötti különbségekhez viszonyított) mértékét fogjuk becsülni, és vizsgáljuk, hogy ezek milyen tényezőktől függnek. Ellenőrizzük, hogy a lokálisan mért jellegek alapján felállított szabályok extrapolálhatók-e más területekre, ahol hasonló környezetben és hasonló fajkészletből épülnek fel a növénytársulások. Továbbfejlesztjük az előző projektben létrehozott egyed-alapú szimulációs modellünket beépítve a fajon belüli változatosságot, és felhasználjuk a modellt az elemző módszerek statisztikai tulajdonságainak (első fajú hiba valószínűsége, próba ereje) vizsgálatára. A szimulációs vizsgálatban megfelelőnek bizonyult módszereket alkalmazzuk a terepi adatokra, és összehasonlítjuk az eredményeket az ITV figyelmen kívül hagyásával kapott eredményekkel. Vizsgáljuk majd az ITV struktúráját: mekkora része sztochasztikus és mekkora részét magyarázzák a környezeti szűrők és a kompetíciós hatások.
Mi a kutatás alapkérdése? Ebben a részben írja le röviden, hogy mi a kutatás segítségével megválaszolni kívánt probléma, mi a kutatás kiinduló hipotézise, milyen kérdéseket válaszolnak meg a kísérletek. Fő kutatási kérdéseink a következők: 1. Mekkora az ITV a vizsgált közösségekben? Hogyan strukturálódik? 2. Melyek a megfelelő módszerek az ITV figyelembe vételére a társulási szabályok vizsgálata során? 3. Az ITV figyelembe vétele lényegesen megváltoztatja a vizsgálat konklúzióit? 4. A mintaterületek közötti különbségek a fajok jellegeiben megakadályozzák-e az egyik helyen kapott eredmények extrapolációját más területekre?
Mi a kutatás jelentősége? Röviden írja le, milyen új perspektívát nyitnak az alapkutatásban az elért eredmények, milyen társadalmi hasznosíthatóságnak teremtik meg a tudományos alapját. Mutassa be, hogy a megpályázott kutatási területen lévő hazai és a nemzetközi versenytársaihoz képest melyek az egyediségei és erősségei a pályázatának! A növényi jellegek használata egy elmélet-alapú, funkcionális megközelítési lehetőséget jelent a társulási szabályok vizsgálatában. Az elmúlt évtizedben jelentős fejlődés zajlott ezen a területen: új módszerek jelentek meg, számos esettanulmányt publikáltak és a terület egyre erősebben összekapcsolódott a modern koegzisztencia elmélettel. A rendelkezésre álló módszerek nagy része elhanyagolja a fajon belüli variációt, ezért az esettanulmányok többsége sem vizsgálta azt. Pedig a néhány esetben amikor megtették kiderült, hogy nem feltétlenül lényegesen kisebb, mint a fajok közötti variáció, ahogy azt feltételezni szokták, és így jelentős szerepe lehet a társulás-szerveződésben: hozzájárulhat mind az adaptációhoz lokális környezethez, mind a kompetíció lecsökkenéséhez és így a kizáródás elkerüléséhez. Ezért a jelenlegi trend a jelleg-alapú társulás ökológiai vizsgálatokban az ITV figyelembe vétele a vizsgálatokban. Mivel a tervezett projekt ebbe az aktuális trendbe illeszkedik, eredményeink várhatóan közölhetők lesznek vezető ökológiai folyóiratokban.
A kutatás összefoglalója, célkitűzései laikusok számára Ebben a fejezetben írja le a kutatás fő célkitűzéseit alapműveltséggel rendelkező laikusok számára. Ez az összefoglaló a döntéshozók, a média, illetve az érdeklődők tájékoztatása szempontjából különösen fontos az NKFI Hivatal számára. Az elmúlt 10 ezer évben, a Holocén során a Föld önszabályozó folyamatai folyamatosan fenntartották az emberiség fejlődéséhez megfelelő feltételeket. Most azonban az emberi tevékenység veszélyezteti ezeknek a szabályozó folyamatoknak a működését. Kutatók különböző káros folyamatok tekintetében megbecsülték az emberiség számára még biztonságos működés bolygó szintű határait. A biodiverzitás csökkenés van leginkább túl a biztonságos határon. Ennek a folyamatnak a megállítása vagy legalább lelassításához és az ökoszisztéma szolgáltatások fenntartható használatához teremtik meg az elméleti alapot a társulások szerveződésének szabályait feltáró kutatások. A jelleg-alapú megközelítések összekapcsolása a modern koegzisztencia elmélettel hatékony eszköz lehet, de további módszertani fejlesztésekre van szükség ezen a területen, elsősorban a fajon belüli változatosság figyelembe vételére. A tervezett projektben ilyen új módszereket fogunk fejleszteni, teszteljük működésüket szimulált adatokon és alkalmazzuk a megfelelőnek bizonyult módszereket terepi vizsgálatokban.
Summary
Summary of the research and its aims for experts Describe the major aims of the research for experts. Building upon results and experiences of our recently finished NKFIH project, we plan to study assembly rules of plant communities using functional traits. In this project we will consider the intraspecific trait variation (ITV) that was neglected in the previous one, and will test the possibility of extrapolating the results to new sites. Data will be collected along long productivity gradients for testing the stress-gradient hypothesis. Intraspecific trait variation can be decomposed into three main components: variation between populations, variation between individuals within the same population, and variation within individuals. In the project we will consider the first two components. Absolute and relative amount of ITV components will be estimated and the drivers of differences between species in ITV will be explored. We will check if results based on local trait measurement could be extrapolated into sites with similar environmental conditions and overlapping species pool in spite of ITV between populations. We will improve our existing individual-based model to allow ITV, and will use it for checking statistical properties (type I error rate and power of the test) of different methods for detecting assembly rules considering ITV. We will apply methods proved to be suitable in the previous step to field data and compare their results with each other and with results of previous study neglecting ITV. We will check if within population ITV is fully stochastic or it has a deterministic part driven by environmental filtering and competition between co-occurring species.
What is the major research question? Describe here briefly the problem to be solved by the research, the starting hypothesis, and the questions addressed by the experiments. Our main questions are the following: 1. What is the amount of ITV in the studied system? How is it structured? 2. Which method is the most appropriate for integrating ITV into community assembly studies? 3. Does considering ITV change our conclusion considerably? 4. Does trait variation between sites hinder extrapolation of our results and predictions received by using methods neglecting ITV?
What is the significance of the research? Describe the new perspectives opened by the results achieved, including the scientific basics of potential societal applications. Please describe the unique strengths of your proposal in comparison to your domestic and international competitors in the given field. Using traits offers a theory-driven, functional approach to understand assembly of communities. In the last decade there was a great development in this field: new methods emerged, lot of case studies were published; moreover this part of community ecology has been linked to modern coexistence theory. Most of the methods and consequently the case studies neglected the intraspecific trait variation. However, few case studies that measured ITV proved that sometimes it is not significantly lower than interspecific variation and thus it may play important role in community assembly: ITV may contribute to both adaptation to local abiotic environment and avoiding competitive exclusion. Therefore the recent trend in trait-based community ecology is incorporating ITV into the analyses. Our project fits into this trend, therefore its results probably can be published in leading journals of ecology.
Summary and aims of the research for the public Describe here the major aims of the research for an audience with average background information. This summary is especially important for NRDI Office in order to inform decision-makers, media, and others. Earth’s regulatory processes have so far been able to maintain the conditions that enabled human development in the past 10 000 years, during the Holocene period. Now, this stability is under threat due to human activity. Safe operating space for humanity is defined by so-called planetary boundaries. The recent biodiversity loss is the farthest from the safety threshold of all the planetary boundaries. The slowing down of this negative process and the sustainable use of ecosystem services can be based on the understanding of assembly and processes of natural communities. Connecting trait-based approaches with modern coexistence theory provides an effective tool for this purpose, but it needs further development, especially in incorporating trait variation within species. In this project we will develop new methods for using intraspecific variation in trait-based assembly studies, we will test them using simulated data and we will apply them in case studies.
Final report
Results in Hungarian
A projekt célja annak feltárása volt, hogy a jellegek fajon belüli változatosságát hogyan kell figyelembe venni a társulásszerveződésre vonatkozó vizsgálatokban. Ehhez készítettünk egy egyed alapú szimulációs modellt, amelyet R csomag formájában nyilvánossá tettünk. Ennek alkalmazásával kimutattuk, hogy a szakirodalomban javasolt statisztikák közül a T-ratio módszerek torzított eredményt adhatnak.
Terepi vizsgálatban kimutattuk, hogy egy mintaterületen belül a környezeti különbségek okozta fajon belüli változatosság figyelembe vétele nem változtatja meg lényegesen az eredményeket. Ugyanakkor a vizsgálatokat több mintaterületen megismételve a közös trendek mellett jelentős egyedi variációt kaptunk. Még nagyobb különbségeket figyeltünk azonban meg, ha ugyanazon a mintaterületen, de különböző években mért jelleg adatokkal dolgoztunk. Vagyis az időjárás okozta időbeli variáció – főleg az egyéves fajok esetében – jelentősebb, mint a térbeli variáció.
Results in English
The project aimed to explore how intraspecific trait variation should be taken into account in studies of community assembly. For this, we created an individual-based simulation model, which was made public in the form of an R package. Using this simulation, we showed that the T-ratio methods can give biased results.
In a field study, we showed that taking into account intra-specific variation caused by environmental differences within a locality does not significantly change the results. At the same time, by repeating the tests in several localities, we obtained significant individual variations in addition to common trends. However, we observed even greater differences when we worked with trait data measured in the same sample area, but in different years. In other words, the temporal variation caused by the weather - especially in the case of annual species - is more significant than the spatial variation.
Botta-Dukát Zoltán: Does Community Assembly by Trait Selection (CATS) algorithm estimate the role of mass effect correctly?, Abstract Book of International Association for Vegetation Science 61st Annual Symposium, 2018
Botta-Dukát Z: Does Community Assembly by Trait Selection (CATS) algorithm estimate the role of mass effect correctly?, Book of Abstracts 2nd International Conference of Community Ecology, 2019
Botta-Dukát Z: Individual-based simulation of community assembly based on traits allowing intraspecific trait variation: a toolbox in R, Abstract Book of International Association for Vegetation Science 62nd Annual Symposium, 2019, 2019
