Plant phylogenetic history explains in‐stream decomposition at a global scale
Résumé
Evolutionary history and adaptation to climate shape plant traits. Some include leaf traits that influence litter quality. Thus, evolutionary history should affect litter decomposition, a crucial ecosystem process. In addition, litter decomposition is directly influenced by climate. We consequently expect plant phylogeny, adaptation and climate to jointly influence litter decomposition. These effects and their interactions have yet to be untangled at a global scale. Here we present an analysis of variation in litter decomposition rates in rivers and streams across 285 published studies for 239 species (from ferns to angiosperms) distributed at 494 locations world‐wide. We estimated the relative contributions of climatic conditions and phylogenetic heritage on litter decomposition rates, partitioning phylogenetic from climatic effects at the site and species levels using phylogenetic eigenvector analysis and phylogenetic linear mixed models. In addition, we modelled transitions in decomposition rates under a suite of multiple adaptive‐regime Ornstein–Uhlenbeck models to test the hypothesis that natural selection has shaped clade‐level litter decomposition rates. Leaf litter decomposition rate exhibited a significant phylogenetic signal. Modelling decomposition rate as a function of location, climatic niche and phylogeny consistently recovered phylogeny alone as one of the top models in species‐level analyses. Since many previous studies have focused on the same species across many locations, we also conducted analyses at the species × site level. Both phylogenetic and climatic factors were favoured in models of this analysis, but the single most important predictor for angiosperms and for all taxa analysed together was phylogeny alone. Synthesis. For plant species distributed globally at nearly 500 locations we found that plant phylogenetic history is a critically important predictor of litter decomposition rate in rivers and streams, explaining more of the variance in decomposition than site or climatic regime. Thus, our study demonstrates the influence of evolutionary history on suites of plant traits that shape a key ecosystem process.
Foreign Language Abstract Résumé L’histoire évolutive et l'adaptation au climat façonnent les caractéristiques des plantes. Le contrôle des traits foliaires sur la qualité des litières végétales pourrait sous‐tendre l'existence de contraintes évolutives sur la décomposition des litières. Puisque ce processus écologique majeur est également directement modulé par le climat, il est important de mieux comprendre comment la phylogénie des plantes, leurs réponses adaptatives et le climat influencent ensemble la décomposition des litières à une échelle globale. Nous présentons ici les résultats d'une analyses quantitatives des données de décomposition de litières dans des rivières et des ruisseaux, issues de 285 publications couvrant 239 espèces de plantes (des fougères aux angiospermes) dans 494 lieux à travers le monde. Nous avons quantifié la contribution des conditions climatiques et de l'héritage phylogénétique aux variations du taux de décomposition des litières entre les espèces et entre les sites, à l'aide de régressions sur les vecteurs propres phylogénétiques et de modèles phylogénétiques linéaires à effets mixtes. Le modèle de Ornstein‐Uhlenbeck a également été utilisé pour tenter de comprendre si et comment la sélection naturelle s'exerce sur la qualité des litières. Un signal phylogénétique cohérent a été détecté au sein des données analysées dans notre étude. La construction de modèles utilisant les informations géographiques, climatiques et phylogénétiques disponibles a permis d’établir la phylogénie comme un des meilleurs prédicteurs des variations interspécifiques du taux de décomposition des litières. Les variations spatiales de la décomposition étaient expliquées par les contraintes climatiques et phylogénétiques. Néanmoins, seule la phylogénie était nécessaire pour prédire les variations du taux de décomposition chez les angiospermes seulement ou bien sur l'ensemble des espèces de litière. Synthèses. En analysant les résultats d’études englobant un grand nombre d'espèces de plantes au sein de 500 sites environ, nous avons découvert que l'histoire évolutive des plantes prédisait mieux le taux de décomposition des litières dans les rivières et les ruisseaux que les données géographiques ou climatiques. Notre étude démontre comment les contraintes évolutives s'exerçant sur un ensemble de traits peuvent, de manière ultime, influencer un processus écologique majeur dans les écosystèmes.
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