高山植物の多様性の様々な側面の相互作用に及ぼす気候、土壌、生物学的相互作用の影響

Impacts of climate, soil and biotic interactions on the interplay of the different facets of alpine plant diversity.

• Jesús López-Angulo
• David S Pescador
• Ana M Sánchez
• Arantzazu L Luzuriaga
• Lohengrin A Cavieres
• Adrián Escudero

抄録

植物群集の形成過程を解明することは、植物の多様性のパターンを理解する上で非常に重要である。我々は、進化の歴史と気候条件が対照的な3つの異なる山脈（スペイン中央部のピレネー山脈と地中海型山脈、チリのアンデス山脈）において、高山植物の多様性、機能的多様性（FD）、系統的多様性（PD）、分類学的多様性（TD）のファセット間の相互作用を、異なる生物学的・生物学的要因がどのように形成しているのかを研究した。因果関係は地域によって強さや符号が異なるという仮説を立てた。種のインベントリ、機能形質データ、3つの高山高山草原に分布する84の植物群集の系統樹を用いた。構造方程式モデルを用いて、3つの多様性ファセットと、生物学的要因（標高、潜在的日射量、土壌全窒素）と生物学的要因（Cスコア）との間に観察される因果関係についての仮説を検証した。因果関係モデルでは、各山域で高い変動性が示されているにもかかわらず、標高の上昇に伴ってTDは常に減少していた（直接的効果と間接的効果の合計）。また、地中海沿岸の山地では標高とFDの間に負の関係が見られ、スペインの両山地では（気候の違いとは無関係に）FDとTDの間に負の関係が見られるなど、集合体の形成過程が気候的・生物地理的に構造化されている可能性を示唆するパターンがいくつか見られた。本研究で得られた注目すべき発見は、土壌全窒素や標高などの生態学的要因が間接的に多様性ファセット間の関係を変化させていることである。本研究の結果は、多様性ファセットが異なる生態学的・生物地理学的・進化的プロセスの影響を同時に受けていることを示唆しており、その結果、一般的な傾向はあるが、同時に特異なパターンも並行して存在していることを示唆している。この結果は、FDが群集過程の説明力で際立っているが、TDとPDは補完的で必要な視点を提供しており、群集の集合過程をグローバルに説明しようとする試みにおいては、無視すべきではないことを強調している。

Disentangling the processes that drive plant community assembly is critical for understanding the patterns of plant diversity. We studied how different abiotic and biotic factors shape the interplay between the facets of alpine plant diversity, functional (FD), phylogenetic (PD) and taxonomic diversity (TD), in three different mountain ranges with contrasting evolutionary histories and climate conditions (Pyrenees and Mediterranean-type mountains in central Spain and Chilean Andes). We hypothesized that the causal links vary in strength and sign across regions. We used species inventories, functional trait data, and a phylogeny from 84 plant communities spread throughout three high-mountain alpine grasslands. Structural equation models were used to test our causal hypotheses on the relationships observed between the three diversity facets, and the abiotic (elevation, potential solar radiation and soil total nitrogen) and biotic factors (C-score). Despite our causal model presented a high variability in each mountain range, TD always decreased with increasing elevation (sum of direct and indirect effects). We also found some patterns suggesting that assembly processes could be climatically/biogeographically structured such as the negative relationship between FD and elevation found in Mediterranean mountains and the negative relationship between FD and TD found in both Spanish mountain ranges (independently of their different climates). A remarkable finding of this study is that ecological factors such as soil total nitrogen and elevation indirectly alter the relationships between the diversity facets. Our results suggest that diversity facets are simultaneously affected by different ecological and biogeographical/evolutionary processes, resulting in some general trends but also in parallel idiosyncratic patterns. Our findings highlight that although FD stand out by its explanatory power of community processes, TD and PD provide a complementary and necessary view that should not be disregarded in the attempt to globally explain community assembly processes.

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