Landscape and climatic drivers of diversity patterns in a topographically heterogeneous hotspot of biodiversity
Author(s)
Delle Monache, Daniele
Date Issued
July 29, 2024
Type
Doctoral Thesis
Abstract
Mountain regions feature some of the richest biodiversity hotspots on Earth. Among the many factors that make mountains unique, topography stands out for its prominence. It drives fine-scale variations in climate and influences soil moisture and nutrient availability; these physiographic effects have become known for decades. Likewise, how mountain biodiversity responds is increasingly studied. However, disentangling how climates and landscapes shape diversity patterns at all hierarchical levels becomes challenging when topographic heterogeneity gets overly complex.
In this thesis, I leveraged an exceptionally heterogeneous mountain region in Southern Italy, the Aspromonte, to investigate how landscapes and climates in topographically challenging contexts drive diversity patterns at remarkably small spatial scales. I started by finding the best technique to account for the region’s climatic variability completely. Once the best technique was selected, I examined the population genetic structure of the fire salamander (Salamandra salamandra gigliolii), elucidating its relationships with the region’s topographic, climatic, and habitat components. The species here is distributed continuously and is tightly bonded to habitat quality, which renders it an optimal candidate. Then, I rose to the community level and investigated whether microclimatic stability, forest characteristics, and land use/cover explain the region’s outstanding pollinator diversity.
Results showed that interpolating weather station data got an edge over downscaling macroclimate grids as it provided more detailed high-resolution monthly climate surfaces. Environmental heterogeneity influenced biodiversity distribution at both intraspecific and community levels. On the one hand, I found S. Salamandra populations highly genetically structured, with fine-scale habitat configuration and climatic variation primarily driving population differentiation. Old-growth forests, prominent habitats for the Aspromonte region, also seemed to promote differentiation in the species. In addition, S. salamandra was predicted to move upslope in response to near-future climate warming. On the other hand, pollinator diversity depended on land use/cover, with the most heterogeneous semi-natural habitats being the most diverse. Moreover, old-growth forests were prominent for pollinating insects, too, increasing pollinator diversity in their proximity.
In conclusion, this thesis proposed an integrated framework to simultaneously identify the environmental drivers of biodiversity distribution at all hierarchical levels. When applying it to the Aspromonte, I found that climatic and habitat heterogeneity influence its biodiversity patterns at intraspecific and community levels and even at the smallest spatial scales. I also compiled evidence confirming the relevance of old-growth forests to biodiversity conservation.
Le regioni montane rappresentano alcuni tra i principali hotspot di biodiversità a livello globale. Tra i molteplici fattori che ne determinano l’unicità, la topografia riveste un ruolo centrale, influenzando il clima su scala locale e condizionando aspetti fondamentali come l’umidità e la disponibilità di nutrienti nel suolo. Sebbene questi effetti fisiografici siano noti da tempo, comprendere come clima e paesaggio modellino la biodiversità a diversi livelli gerarchici risulta particolarmente complesso in contesti caratterizzati da elevata eterogeneità topografica.
Questa tesi analizza tali dinamiche nell’area montuosa dell’Aspromonte, in Calabria, un territorio eccezionalmente eterogeneo, per indagare come paesaggi e microclimi influenzino i pattern di diversità a scale spaziali ridotte. Dopo aver individuato la tecnica più efficace per rappresentare la variabilità climatica regionale, ho analizzato l’influenza dei fattori topografici, climatici e ambientali sulla struttura genetica delle popolazioni di salamandra pezzata (Salamandra salamandra gigliolii), specie a distribuzione continua e fortemente legata alla qualità dell’habitat. In seguito, ho esteso l’indagine al livello di comunità, focalizzandomi sulla diversità degli impollinatori e sulla sua relazione con la stabilità microclimatica, le caratteristiche forestali e l’uso/copertura del suolo.
I risultati mostrano che l’interpolazione dei dati meteorologici locali fornisce superfici climatiche mensili ad alta risoluzione più accurate rispetto al downscaling di dati climatici globali. L’eterogeneità ambientale è risultata determinante nella distribuzione della biodiversità, sia a livello instraspecifico che di comunità. Le popolazioni di S. salamandra presentano una marcata struttura genetica, influenzata dalla configurazione degli habitat e dalla variabilità climatica. I boschi vetusti si sono rivelati particolarmente rilevanti per la differenziazione genetica della specie, che è risultata inoltre suscettibile a un futuro spostamento altitudinale dovuto ai cambiamenti climatici. Per quanto riguarda gli impollinatori, la maggiore diversità è stata osservata in ambienti seminaturali eterogenei, con un ruolo chiave svolto anche in questo caso dai boschi vetusti.
In sintesi, questa tesi propone un approccio integrato per analizzare i fattori ambientali che guidano la distribuzione della biodiversità a più livelli, dimostrando come l’eterogeneità climatica e degli habitat influisca sui pattern di diversità anche alle più piccole scale spaziali. Applicandolo all’Aspromonte, ho riscontrato come l’eterogeneità climatica e degli habitat influenzi i pattern di biodiversità a livello intraspecifico e di comunità, anche alle scale spaziali più ridotte. I risultati evidenziano inoltre l’importanza strategica dei boschi vetusti nella conservazione della biodiversità montana.
Additional information
Dottorato in Ecologia e Gestione Sostenibile delle Risorse Ambientali
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