Abstract

Current environmental changes lead to declines in species abundances globally, creating a need for understanding mechanisms shaping community composition. Species interactions are a fundamental force in shaping species distributions affecting, for example, the functionality of entire multispecies networks. Still, interactions are poorly integrated in current estimation of community dynamics. Examining correlations in species abundances, such as species pairwise aggregations or segregations, may provide an opportunity to understand species interactions, and novel developments in Joint Species Distribution Models (JSDMs) facilitate the derivation of these associations. My aim is to expand the current understanding of species associations and interactions at large spatial scales, specifically examining (I) can species associations be used to develop practical tools for estimating species abundances in communities, (II) do species interactions leave a signal in community composition, and (III) what ecological and evolutionary consequences may selective interspecific information use have at the community level. I derived species associations from Finnish and French breeding bird data, covering a large spatial and temporal range, using a JSDM (I, II). Furthermore, I used linear models to examine the sign of species interactions in community composition (II). I used a simulation model to examine the ecological and evolutionary consequences of selective social information use. The results suggest that (I) the abundance of tit species could be used as an efficient ecological indicator for the total density of other forest birds, (II) environmental filtering and positive species associations leave a stronger sign than competition at large spatial scales on bird community composition, and (III) (selective) social information use may lead to trait divergence, convergence or a coevolutionary arms race between species. Overall, these results indicate that species interactions may have immediate and long-lasting community-level effects, and accounting for them is critical in estimating community dynamics at large spatial scales. Thus, interaction networks may have profound effects on species’ responses to changing environments and should not be overlooked when planning conservation efforts.

Tiivistelmä

Ympäristönmuutoksen aiheuttama luontokato on yksi ihmiskunnan tärkeimmistä haasteista. Lajienväliset vuorovaikutukset vaikuttavat eliöyhteisöjen rakenteeseen. Samanaikaisesti ympäristömuutokset muokkaavat yhteisöjen rakennetta ja lajienvälisiä vuorovaikutuksia sekä suoraan että lajien runsauksien kautta. Tästä huolimatta lajienvälisten vuorovaikutusten ekologiset ja evolutiiviset seuraukset muun muassa yhteisön rakenteeseen tunnetaan puutteellisesti. Luontokadon ymmärtämiseksi ja suojelutoimien kohdentamiseksi on erittäin tärkeää selvittää, kuinka lajienväliset vuorovaikutukset muokkaavat eliöyhteisöjä ja niiden kykyä sopeutua ympäristömuutoksiin laajalla ilmasto- ja aikagradientilla. Väitöskirjassani tutkin lajienvälisten vuorovaikutusten ekologisia ja evolutiivisia seurauksia, sekä niiden vaikutuksia yhteisötasolla, etenkin (I) voidaanko lajienvälisten runsauksien korrelaatioita käyttää apuna yhteisönrunsautta mittaavien käytännönmenetelmien kehittämisessä, (II) selittävätkö lajienväliset vuorovaikutukset vai ympäristötekijät yhteisön rakennetta, ja (III) kuinka yleistä valikoiva lajienvälinen informaationkäyttö on ja mitkä ovat sen ekologisia ja evolutiivisia seurauksia. Johdin lajienvälisten runsauksien korrelaatiot laajan maantieteellisen ja ajallisen mittakaavan kattavista Suomen ja Ranskan pesimälintuaineistoista käyttämällä yhteisölevinneisyysmalleja (I, II). Tutkin lajienvälisten vuorovaikutusten ja ympäristötekijöiden vaikutusta lajienvälisiin runsauden korrelaatioihin lineaarisilla malleilla (II). Valikoivan lajienvälisen informaationkäytön yleisyyttä, sekä sen ekologisia ja evolutiivisia seurauksia tarkastelin simulaatiomallin avulla (III). Väitöskirjani osoittaa, että (I) tiaisten yhteisrunsaus voi toimia pesivien metsälintujen runsauden indikaattorina boreaalisissa metsissä, (II) Suomen ja Ranskan lintuyhteisöissä negatiivisten lajienvälisten vuorovaikutusten sijaan ympäristötekijät ja positiiviset vuorovaikutukset selittivät lajienvälisten runsauksien korrelaatioita, ja (III) lajienvälinen valikoiva informaationkäyttö voi johtaa lajien fenotyyppiseen eriytymiseen, lähentymiseen tai asevarustelukierteeseen, millä kaikilla on myös yhteisötason seuraamuksia. Väitöskirjani osoittaa lajienvälisten vuorovaikutusverkostojen huomioimisen tärkeyden suojelubiologisessa päätöksenteossa.

Osajulkaisut / Original papers

Osajulkaisut eivät sisälly väitöskirjan elektroniseen versioon. / Original papers are not included in the electronic version of the dissertation.

1. Kajanus, M. H., Forsman, J. T., Vollstädt, M. G. R., Devictor, V., Elo, M., Lehikoinen, A., Mönkkönen, M., Thorson, J. T., & Kivelä, S. M. (2022). Titmice are a better indicator of bird density in Northern European than in Western European forests. Ecology and Evolution, 12(2), e8479. https://doi.org/10.1002/ece3.8479

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

2. Elo, M., Kajanus, M. H., Tolvanen, J., Devictor, V., Forsman, J. T., Lehikoinen, A., Mönkkönen, M., Thorson, J. T., Vollstädt, M. G. R., & Kivelä, S. M. (in press). Do large-scale associations in birds imply biotic interactions or environmental filtering? Journal of Biogeography. https://doi.org/10.1111/jbi.14520

   Rinnakkaistallennettu versio / Self-archived version

3. Hämäläinen, R., Kajanus, M. H., Forsman, J. T., Kivelä, S. M., Seppänen, J.-T., & Loukola, O. J. (2022). Ecological and evolutionary consequences of selective interspecific information use. Manuscript submitted for publication.