Département Ecologie aquatique

There are currently few predictions about when evolutionary processes are likely to play an important role in structuring community features. Determining predictors that indicate when evolution is expected to impact ecological processes in natural landscapes can help researchers identify eco-evolutionary 'hotspots', where eco-evolutionary interactions are more likely to occur. Using data collected from a survey in freshwater cladoceran communities, landscape population genetic data and phenotypic trait data measured in a common garden, we applied a Bayesian linear model to assess whether the impact of local trait evolution in the keystone species Daphnia magna on cladoceran community trait values could be predicted by population genetic properties (within-population genetic diversity, genetic distance among populations), ecological properties (Simpson's diversity, phenotypic divergence) or environmental divergence. We found that the impact of local trait evolution varied among communities. Moreover, community diversity and phenotypic divergence were found to be better predictors of the contribution of evolution to community trait values than environmental features or genetic properties of the evolving species. Our results thus indicate the importance of ecological context for the impact of evolution on community features. Our study also demonstrates one way to detect signatures of eco-evolutionary interactions in communities inhabiting heterogeneous landscapes using survey data of contemporary ecological and evolutionary structure.

Stauanlagen mit großen Speichern beeinflussen oftmals das Abfluss- und Geschieberegime im Gewässerunterlauf. Dadurch kann die natürliche Dynamik, Morphologie und Ökologie von noch verbliebenen Auenlandschaften erheblich beeinträchtigt werden. In der Saane unterhalb der Staumauer Rossens (Kanton Fribourg) führten die jahrzehntelange Restwasserbewirtschaftung und die stark reduzierte Geschiebefracht zu einer mangelnden Abfluss- und Geschiebedynamik. Als zukünftige denkbare Gegenmassnahme wurde 2016 ein erstes künstliches Hochwasser an der Staumauer als Versuch ausgelöst und flussabwärts lokal mit Geschiebebeigaben kombiniert. Flussökologische und hydromorphologische Aufnahmen wurden vor, während und nach dem künstlichen Hochwasser durchgeführt. Die ökologischen Aufnahmen in der Restwasserstrecke wurden mit Erhebungen in der Schwall-Sunk Strecke flussabwärts der Wasserrückgabe bei Hauterive sowie in der Sense, einem natürlich verbliebenen Zufluss der Saane, verglichen. Die gemessenen hydromorphologischen Eigenschaften erlaubten zudem einen Vergleich mit den langjährigen Erfahrungen von künstlichen Hochwassern am Spöl (Kanton Graubünden) unterhalb der Staumauer Punt dal Gall. Dabei zeigte sich wie erwartet, dass die Sense als Referenzgewässer mit einem natürlichen Abfluss- und Geschieberegime und einem verzweigten Gerinne die höchste Vielfalt der Makroinvertebraten sowie die höchste hydromorphologische Diversität aufweist. Demgegenüber ergaben sich in der Restwasserstrecke der Saane erheblich geringere Werte und eine noch größere Reduktion in der Schwall-Sunk Strecke, obwohl beide Abschnitte eine mäandrierende Flussmorphologie haben. Selbst einzelne künstliche Hochwasser erhöhen kurzfristig die hydromorphologische Diversität, insbesondere wenn genug Geschiebe vorhanden ist. Werden künstliche Hochwasser regelmässig abgegeben, wenn nötig mit Geschiebebeigaben im Unterlauf, kann ein nachhaltiger Nutzen erzielt werden. Dabei können Synergien mit begrenzten Stauraumspülungen im Bereich der Auslassorgane sowie mit dem Durchleiten von Trübströmen erzielt werden, sodass auch ausreichend Schwebstoffe wie bei einem natürlichen Hochwasser zur Verfügung stehen.

Trait based ecology has developed fast in the last decades, aiming to both explain mechanisms of community assembly, and predict patterns in nature, such as the effects of biodiversity shifts on key ecosystem processes. This body of work has stimulated the development of several conceptual frameworks and analytical methods, as well as the production of trait databases covering a growing number of taxa and organizational levels (from individuals to guilds). However, this breeding ground of novel concepts and tools currently lacks a general and coherent framework, under which functional traits can help ecologists organize their research aims, and serve as the common currency to unify several scientific disciplines. Specifically, we see a need to bridge the gaps between community ecology, ecosystem ecology, and evolutionary biology, in order to address the most pressing environmental issues of our time. To achieve this integration goal, we define a trait-integration continuum, which reconciles alternative trait definitions and approaches in ecology. This continuum outlines a coherent progression of biological scales, along which traits interact and hierarchically integrate from genetic information, to whole organism fitness-related traits, to trait syndromes and functional groups. Our conceptual scheme proposes that lower-level trait integration is closer to the inference of ecoevolutionary mechanisms determining population and community properties, whereas higher-level trait integration is most suited to the prediction of ecosystem processes. Within these two extremes, trait integration varies on a continuous scale, which relates directly to the inductive-deductive loop that should characterize the scientific method. With our proposed framework, we aim to facilitate scientists in contextualising their research based on the trait-integration levels that matter most to their specific goals. Explicitly acknowledging the existence of a trait-integration continuum is a promising way for framing the appropriate questions, thus obtaining reliable answers and results that are comparable across studies and disciplines.