The role of introduction pathways on the fate of introduced species

Abstract

Les invasions biològiques són un dels principals causants del canvi global, amb impactes profunds en la biodiversitat, el funcionament dels ecosistemes i l’economia global. Totes s’inicien amb el transport d’organismes més enllà de la seva regió nativa, intencional i/o accidentalment, a través de les vies d’entrada. Un cop introduïdes, hi ha una important variabilitat en l’habilitat de les espècies per a superar filtres a la seva supervivència, reproducció i dispersió, el que es pot resumir com el seu “destí”. Les vies d’entrada poden donar forma al destí de les espècies introduïdes, doncs resumeixen les condicions inicials d’introducció i altres característiques clau del procés d’introducció, així com alguns atributs biològics de les espècies introduïdes. Tanmateix, pocs estudis han investigat com les vies d’entrada afecten a l’èxit d’invasió en combinació amb altres factors, i com modulen el nínxol envaït. Aquesta falta d’informació limita la comprensió del procés d’invasió, i la utilitat de les accions de gestió encaminades a prevenir invasions. Així doncs, el principal objectiu d’aquesta tesi és focalitzar-se en les vies d’entrada per aprofundir en la nostra comprensió dels mecanismes subjacents al destí de les espècies introduïdes. L’èxit d’invasió és una dimensió important del destí de les espècies introduïdes, examinat en aquesta tesi a través d’un seguit d’aproximacions, el rang d’expansió (expansió geogràfica) i l’amplitud de nínxol (rang d’hàbitats i climes, i nivell d’especialització en hàbitats), a diferents escales temporals i espacials (Capítols 2, 3 i 4). Aquesta tesi també examina el nínxol envaït, en particular la invasió de condicions ambientals desfavorables (Capítols 2, 3 i 4). Perspectives addicionals del destí de les espècies introduïdes s’obtenen de comprar les condicions climàtiques ocupades en la regió nativa i introduïda, per a posar a proba la hipòtesi de la conservació de nínxol (Capítol 5). La tesi recolza alguns efectes significatius de les vies d’entrada en l’èxit d’invasió en termes d’expansió geogràfica i amplitud de nínxol. Tanmateix, aquests efectes foren sovint inconsistents i d’importància secundària en comparació amb el temps mínim de residència i els atributs biològics (Capítols 2, 3 i 4). No obstant, les vies sí van influir en la invasió de condicions desfavorables (Capítols 3 i 4), tot i que no van estar relacionades significativament amb la conservació de nínxol, que va ser la tendència general (Capítol 5). Les troballes d’aquesta tesi recolzen que les vies d’entrada es relacionen amb el destí de les espècies introduïdes, però que aquesta associació depèn del context i l’aspecte de la invasió biològica en consideració. Al llarg del temps, les plantes introduïdes per diferents vies s’expandiren de forma força similar en l’espai geogràfic i ambiental (és a dir, van aconseguir una expansió geogràfica i amplitud de nínxol força similars). Aquest procés va anar acompanyat per diferències entre vies d’entrada en el nínxol envaït (principalment modelat per la pertorbació antròpica i l’elevació), i per un baix solapament entre punts calents d’invasió. A més, aquests patrons d’invasió tenen lloc principalment en condicions climàtiques similars a les que ja estan ocupades a la regió nativa, una similitud que és independent de la via d’entrada.

Las invasiones biológicas son uno de los principales causantes del cambio global, con impactos profundos en la biodiversidad, el funcionamiento de los ecosistemas y la economía global. Todas se inician con el transporte de organismos más allá de su región nativa, intencional y/o accidentalmente, a través de las vías de entrada. Después de la introducción, hay una importante variabilidad en la habilidad de las especies para superar filtros a su supervivencia, reproducción y dispersión, lo que se puede resumir con su “destino”. Las vías de entrada pueden moldear el destino de las especies introducidas, pues resumen las condiciones iniciales de introducción y otras características clave del proceso de introducción, así como algunos atributos biológicos de las especies introducidas. No obstante, pocos estudios han examinado cómo las vías de entrada afectan el éxito de invasión en combinación con otros factores, y como modulan el nicho invadido. Esta falta de información limita la comprensión del proceso de invasión, y la utilidad de las acciones de gestión encaminadas a prevenir invasiones. Así pues, el principal objetivo de esta tesis es focalizar-se en las vías de entrada para profundizar en nuestro entendimiento de los mecanismos subyacentes al destino de las especies introducidas. El éxito de invasión es una dimensión importante del destino de las especies introducidas, examinado en esta tesis mediante una serie de aproximaciones, el rango de expansión (expansión geográfica) y la amplitud de nicho (rango de hábitats y climas, y grado de especialización en hábitats), en distintas escalas temporales y espaciales (Capítulos 2, 3 y 4). Esta tesis también examina el nicho invadido, en particular la invasión de condiciones ambientales desfavorables (Capítulos 2, 3 y 4). Perspectivas adicionales en el destino de las especies introducidas se obtienen de comparar las condiciones climáticas ocupadas en la región nativa e invadida, para poner a prueba la hipótesis de conservación de nicho (Capítulo 5). La tesis apoya algunos efectos significativos de las vías de entrada en el éxito de invasión en términos de expansión geográfica y amplitud de nicho. No obstante, estos efectos fueron a menudo inconsistentes y de importancia secundaria en comparación al tiempo mínimo de residencia y los atributos biológicos (Capítulos 2, 3 y 4). En contraste, las vías sí influyeron la invasión de condiciones desfavorables (Capítulos 3 y 4), aunque no estuvieron significativamente relacionados con la conservación de nicho, que fue la tendencia general (Capítulo 5). Los hallazgos de esta tesis apoyan que las vías de entrada se relacionan con el destino de las especies introducidas, pero que esta asociación depende del contexto y el aspecto de la invasión biológica bajo estudio. A lo largo del tiempo, las plantas introducidas por distintas vías se expanden de un modo bastante similar en el espacio geográfico y ambiental (es decir, logran similar expansión geográfica y amplitud de nicho). Este proceso va acompañado de diferencias entre vías de entrada en el nicho invadido (principalmente moldeado por la perturbación antrópica y la elevación), y por bajo solapamiento entre puntos calientes de invasión. Además, estos patrones de invasión ocurren principalmente en condiciones climáticas similares a las que ya están ocupadas en la región nativa, una similitud que es independiente de las vías de entrada.

Biological invasions are one of the main drivers of global change, with pervasive impacts on biodiversity, ecosystem functioning and the global economy. They start with the transport of organisms beyond their native range, intentionally and/or unintentionally, through introduction pathways. Upon introduction, species vary substantially in their ability to overcome filters to survival, reproduction and dispersal, which can be summarised as their “fate”. Introduction pathways can also shape the fate of introduced species, as they summarize the initial conditions of introduction and other key features of the introduction process and even some biological attributes of the introduced species. However, few studies have addressed how introduction pathways shape invasion success in combination with other factors, and how they modulate the invaded niche. This lack of insights limits the understanding of the invasion process, and the scope of management actions aiming at preventing invasion. Therefore, the main goal of this thesis is to focus on introduction pathways to deepen our understanding of the mechanisms underlying the fate of introduced species. Invasion success is an important dimension of the fate of introduced species, assessed in this thesis through a set of proxies, namely range size (geographical spread) and niche breadth (habitat and climate ranges, and degree of habitat specialization), at contrasting spatial and temporal scales (Chapters 2, 3 and 4). This thesis also addresses the invaded niche, in particular the invasion of harsh environmental conditions (Chapters 2, 3 and 4). Further insights into the fate of introduced species are provided by comparing the occupied climatic conditions between the native and the invaded range, to test the niche conservatism hypothesis (Chapter 5). The thesis provides evidence of some significant effects of pathways on invasion success in terms of range size and niche breadth. However, such effects were often inconsistent and of secondary importance compared to minimum residence time and biological attributes (Chapters 2, 3 and 4). In contrast, pathways influenced niche harshness (Chapters 3 and 4), but where not significantly related to niche conservatism, which was the general trend (Chapter 5). The findings of this thesis support that introduction pathways are associated with the fate of introduced species, but that this association depends on the context and which aspect of invasion is studied. Over time, plants introduced through different pathways largely spread the same in geographical and environmental space (i.e. similar range size and niche breadth). This process of spread is coupled by pathway-specific differences in the invaded niche (i.e. shaped mostly anthropogenic disturbance and elevation), and by low overlap among hotspots of invasion. Moreover, these invasion patterns might largely occur in climatic conditions similar to those already occupied in the native range, a similarity that is largely independent of introduction pathways.