Looking similar but all different: Phylogenetic signature of Brazilian rocky outcrops and the influence of temperature variability on their phylogenetic structure

• Published in: The Journal of ecology Vol. 111; no. 9; pp. 1905 - 1920
• Main Authors: Massante, Jhonny Capichoni, Neri, Andreza Viana, Villa, Pedro Manuel, Fialho, Izabela Ferreira, Pontara, Vanessa, Bueno, Marcelo, Gastauer, Markus
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Blackwell Publishing Ltd 01.09.2023
• Subjects: Age; Altitude; Arenas; Biodiversity hot spots; Brazil; Climate; Clustering; ecology; Ferns; Flowering; Flowering plants; Hot spots; Influence; Landscape; Outcrops; Phylogenetics; Phylogeny; Plant communities; Plant species; Plants; Plants (botany); Rare species; Seasonal variations; Seasonality; temperature; Vegetation type; vegetation types; Woody plants; Brazil
• ISSN: 0022-0477; 1365-2745
• DOI: 10.1111/1365-2745.14148

Old, climatically buffered, infertile landscapes (OCBILs) have a disjunct yet wide distribution worldwide. Old lineages, rare and geographically restricted species, generally characterise these landscapes. Although the last decade provided evidence supporting the OCBIL theory, many studies are biased towards local scales, woody plants and specific OCBILs. Therefore, broad‐scale investigations across different types of OCBILs are needed. We used 5186 flowering plant species (woody and herbaceous) distributed across 129 rocky outcrop sites in Brazil to investigate (1) the relative influence of climate on the phylogenetic diversity and structure of OCBILs; (2) their phylogenetic signature; (3) whether vegetation type influences phylogenetic diversity and structure of OCBILs after controlling for climate; and (4) the OCBILs' evolutionary median community age. We found that rocky outcrops exhibit lower than expected phylogenetic diversity and are home to plant communities composed of closely related species (i.e. phylogenetic clustering) relative to the reference species pool, primarily due to temperature seasonality. Each rocky outcrop shows a distinct phylogenetic signature, indicated by plant families with more descendant species than expected by chance. Even after controlling for climate, phylogenetic diversity and structure remain low and clustered in most rocky outcrops. The median community age estimated at the species level is lower in campos de altitude than in other rocky outcrops. Synthesis. We show that the influence of climate seasonality is pervasive in the phylogenetic diversity and structure of Brazilian rocky outcrops at different taxonomic levels. We also show that the phylogenetic signature of rocky outcrops comprises a mix of relatively old and young overrepresented plant families whose descendants contribute to their low phylogenetic diversity and phylogenetic clustering. Overall, the combination of low phylogenetic diversity, phylogenetic clustering and comparably low median community age across Brazilian rocky outcrops indicates that, on average, these OCBILs are subjected to strong environmental constraints and serve as arenas of recent diversification rather than a steady accumulation of taxa. Therefore, these findings indicate different OCBILs as hotspots for various plant lineages and species. Paisagens antigas, climaticamente estáveis e com solos inférteis (OCBILs) têm uma distribuição ampla, porém descontínua em todo o mundo. Geralmente, essas paisagens são caracterizadas por linhagens antigas, espécies raras e geograficamente restritas. Apesar de estudos durante a última década terem fornecido evidências que apoiam a teoria OCBIL, muitos deles são focados em escalas locais, plantas lenhosas e OCBILs específicas. Portanto, para ampliar nosso entendimento sobre OCBILs, são necessárias investigações em larga escala em diferentes tipos de OCBILs. Nesse estudo, usamos 5.186 espécies de angiospermas distribuídas em 129 áreas de afloramentos rochosos no Brasil para investigar (1) a influência relativa do clima na diversidade e estrutura filogenéticas de OCBILs; (2) sua assinatura filogenética, (3) se o tipo de vegetação influencia a diversidade e a estrutura filogenéticas de OCBILs, mesmo após considerar os efeitos do clima, e (4) a idade evolutiva mediana das comunidades nas OCBILs. Descobrimos que, em geral, os afloramentos rochosos apresentam menor diversidade filogenética do que o esperado ao acaso e uma estrutura filogenética agrupada em relação ao pool de espécies. Esses padrões estão principalmente associados à sazonalidade da temperatura. Cada afloramento rochoso possui uma assinatura filogenética distinta, indicada por algumas famílias de plantas com mais espécies descendentes do que esperado ao acaso. Após considerar os efeitos do clima, a maioria dos afloramentos rochosos ainda demonstra baixa diversidade filogenética e estrutura filogenética agrupada. A idade evolutiva mediana das comunidades, estimada no nível de espécies, é menor nos campos de altitude do que em outros afloramentos rochosos. Síntese . Nesse estudo, mostramos que a influência da sazonalidade do clima é predominante na diversidade e estrutura filogenéticas dos afloramentos rochosos brasileiros em diferentes níveis taxonômicos. Também mostramos que a assinatura filogenética dos afloramentos rochosos compreende uma mistura de famílias botânicas antigas e jovens, super‐representadas por seus descendentes, que contribuem para sua baixa diversidade filogenética e agrupamento filogenético. A combinação de baixa diversidade filogenética, agrupamento filogenético e idade mediana comparativamente baixa das comunidades em afloramentos rochosos brasileiros indica que, em média, essas OCBILs estão sujeitas a fortes restrições ambientais e servem como arenas de rápida diversificação ao invés de uma acumulação lenta e constante de táxons. Portanto, nossos resultados indicam que diferentes OCBILs atuam como hotspots para várias linhagens e espécies de plantas.