Taxonomic and phylogenetic beta diversity in headwater stream fish communities of the Paraná and Paraguai River basins

Patterns of species replacement and richness differences along environmental gradients or ecoregions shed light on different ecological and evolutionary mechanisms acting on community structure. Communities of aquatic ecosystems of different watersheds are supposed to host distinct species and lineages. Quantifying and understanding the degree to which these differences are affected by environmental and biogeographical factors remains an open question for these environments, particularly in the Neotropical region. We investigated patterns of taxonomic and phylogenetic composition of headwater streams of the Paraná and Paraguai River basins to understand how local and biogeographical factors affect the assembly of fish communities. We also quantified taxonomic and phylogenetic beta diversity by decomposing them into nestedness and turnover components. We found that local environmental factors are the main factors influencing the composition of stream fish communities. Whereas pH affected both taxonomic and phylogenetic turnover, water velocity was responsible for phylogenetic turnover and pH was the main driver of phylogenetic nestedness. Our results indicate an effect of local environmental factors in determining the structure of headwater stream fish communities through a combination of a species sorting mechanism (water velocity and pH) and phylogenetic habitat filtering (pH).(AU)

Padrões de substituição de espécies ou diferenças de riqueza ao longo de gradientes ambientais ou ecoregiões lançam luz sobre diferentes processos e mecanismos ecológicos atuando na estruturação das comunidades. Supõe-se que comunidades aquáticas pertencentes a diferentes bacias pertençam a linhagens evolutivas distintas. Quantificar e entender o grau em que tais diferenças são resultado de fatores ambientais locais e/ou processos biogeográficos ainda é uma questão pouco explorada. Neste estudo nós investigamos os padrões de composição taxonômica e filogenética em riachos de cabeceira das bacias dos Rios Paraná e Paraguai, para entender como fatores locais e biogeográficos afetam a estruturação das comunidades de peixes. Nós quantificamos a diversidade beta taxonômica e filogenética decompondo estas em aninhamento e substituição. Encontramos que os fatores ambientais locais são os principais determinantes da composição das comunidades de peixes destes riachos. Enquanto o pH afetou tanto a substituição de linhagens e de espécies, a velocidade da água foi responsável por uma substituição de linhagens, enquanto o pH foi o principal responsável pelo aninhamento de linhagens. Nossos resultados indicam a importância dos fatores locais através da combinação entre mecanismos de preferência de nicho (velocidade da água e pH) e filtragem ambiental de linhagens (pH).(AU)

Relación especie-área y distribución de la abundancia de especies en una comunidad vegetal de un inselberg tropical: efecto del tamaño de los parches / Species-area relation and species abundance distribution in a plant community on a tropical inselberg: effect of patch size

Resumen Aunque los inselbergs son afloramientos rocosos icónicos con un alto valor biogeográfico, poco se conoce sobre los mecanismos responsables de la estructuración de comunidades vegetales. El objetivo de esta investigación fue evaluar cómo el tamaño de los parches de vegetación influye en la relación especie-área y distribución de la abundancia de especies de una comunidad en un inselberg del Monumento Natural "Piedra La Tortuga", región Guayana, Venezuela. Por este motivo, se establecieron tres preguntas de investigación: ¿Cuál es el efecto del tamaño de los parches sobre la riqueza de especies? ¿Qué tipo de modelo especie-área (SAR) presenta mejor ajuste en esos parches de vegetación? ¿Cómo es la distribución de las abundancias de las especies (SADs) es inducida por el tamaño de los parches? Se realizó un muestreo aleatorio estratificado en parches que oscilaron entre 0.34 y 14.8 m2, totalizando 40 unidades muestrales (226 m2). Todos los individuos encontrados en los 40 parches fueron identificados a nivel de especie. La composición florística en las diferentes muestras estuvo representada por 19 familias, 22 géneros y 24 especies, de las cuales 50 % son endémicas de inselbergs y dos están amenazadas de extinción. Se identificaron dos grupos de tamaños de parches (grandes 8-15 m2 y pequeños ≤ 7.9 m2) en relación a la abundancia y composición de especies, con diferencias significativas entre los grupos. Las curvas de acumulación de especies para cada grupo de tamaño de parche muestran una tendencia contrastante con marcadas diferencias en la riqueza observada entre los grupos de tamaños de parches. Las curvas de los modelos SADs tuvieron un ajuste significativo de la serie geométrica en las dos categorías de parches. El modelo SAR de la función potencia presentó los mejores ajustes especie-área, donde el aumento del área de los parches explicó un 82 % de la variación en el aumento del número de especies. Los resultados de este estudio demuestran por primera vez como el tamaño de los parches de vegetación de un inselberg tropical tiene una fuerte influencia sobre la riqueza, distribución de la abundancia y composición de especies. Así mismo, se determinó que el modelo geométrico SAD presentó el mejor ajuste en la comunidad en función del tamaño de los parches como un indicador de recursos, donde la abundancia de una especie puede ser equivalente a una proporción del espacio ocupado. También se presume que los cambios de tamaño de los parches, podría estar asociado con la disponibilidad de nutrientes y agua, como ha sido demostrado en otros ambientes de tierras secas. En algunos estudios se ha argumentado que la variación en la composición de especies entre los perfiles de vegetación de inselbergs tropicales está condicionada principalmente por la estructura del hábitat y el déficit hídrico. Sin embargo, no se había discutido cómo el tamaño de los parches de vegetación tiene un efecto en la riqueza. Los análisis SADs y SAR pueden proporcionar explicaciones complementarias sobre la estructuración de comunidades vegetales en inselbergs.

Abstract Although inselbergs are iconic rock outcrops with a high biogeographic value, little is known about drivers responsible for the plant community assembly. The aim of this research was to evaluate how the patch size distribution of vegetation influences the species-area relationship and species abundance distribution of a community in an inselberg of the "Piedra La Tortuga" Natural Monument of the Guayana region, Venezuela. In this context, three research questions were established: What is the effect of patch size on species richness? What species-area model (SAR) has the best fit in those vegetation patches? How is the distribution of species abundances (SADs) induced by the patch size distribution? A stratified random sampling was performed in patches ranging from 0.34 to 14.8 m2, totaling 40 sampling units (226 m2). All individuals found in the 40 patches were identified at species level. The floristic composition in the different samples was represented by 19 families, 22 genera and 24 species, of which 50 % are endemic to inselbergs and two, are threatened of extinction. Two groups of patch sizes were identified (large 8-15 m2 and small ≤ 7.9 m2) in relation to the abundance and composition of species. The species accumulation curves for each patch size group show a contrasting tendency with marked differences in the observed richness among patch size groups. The curves of the SADs models had a significant adjustment of the geometric series in the two categories of patches. The SAR model of the power function presented the best species-area adjustments, where the increase in patch area accounted for 82 % of the variation in the increase in the number of species. The results of this study demonstrate for the first time how vegetation patches of a tropical inselberg have a strong influence on richness, abundance distribution and species composition. Likewise, it was determined that the SAD geometric model presented the best fit in the community as a function of patch size as a resource indicator, where the abundance of a species can be equivalent to a proportion of the space occupied. It is also presumed that changes in patch sizes could be associated with nutrient and water availability, as has been demonstrated in other dryland environments. In some studies it has been argued that variation in species composition among vegetation profiles of tropical inselbergs is mainly conditioned by habitat structure and water deficit. However, it had not been discussed how the size of patches of vegetation has an effect on richness. SADs and SAR analyzes can provide complementary explanations on community assembly in inselbergs. Rev. Biol. Trop. 66(2): 937-951. Epub 2018 June 01.

Habitat conditions drive phylogenetic structure of dominant bacterial phyla of microbialite communities from several locations in Mexico / Las condiciones del hábitat determinan la estructura filogenética de filos (phyla) bacterianos dominantes de comunidades de microbialitos de diferentes regiones en México

Abstract:Community structure and composition are dictated by evolutionary and ecological assembly processes which are manifested in signals of, species diversity, species abundance and species relatedness. Analysis of species coexisting relatedness, has received attention as a tool to identify the processes that influence the composition of a community within a particular habitat. In this study, we tested if microbialite genetic composition is dependent on random events versus biological/abiotical factors. This study was based on a large genetic data set of two hypervariable regions (V5 and V6) from previously generated barcoded 16S rRNA amplicons from nine microbialite communities distributed in Northeastern, Central and Southeastern Mexico collected in May and June of 2009. Genetic data of the most abundant phyla (Proteobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Bacteroidetes, and Cyanobacteria) were investigated in order to state the phylogenetic structure of the complete communities as well as each phylum. For the complete dataset, Webb NTI index showed positive and significant values in the nine communities analysed, where values ranged from 31.5 in Pozas Azules I to 57.2 in Bacalar Pirate Channel; meanwhile, NRI index were positive and significant in six of the nine communities analysed with values ranging from 18.1 in Pozas Azules I to 45.1 in Río Mesquites. On the other hand, when comparing each individual phylum, NTI index were positive and significant in all groups, except in Cyanobacteria for which positive and significant values were only found in three localities; finally, NRI index was significant in only a few of the comparisons performed. The results suggest that habitat filtering is the main process that drives phylogenetic structure in bacterial communities associated to microbialites with the exception of Cyanobacteria where different lineages can contribute to microbialite formation and growth. Rev. Biol. Trop. 64 (3): 10571065. Epub 2016 September 01.

ResumenLa estructura y composición de las comunidades son determinadas por procesos evolutivos y ecológicos que se manifiestan en señales de diversidad, abundancia y la relación de especies. El análisis de la relación de especies que coexisten ha recibido atención como una herramienta para identificar los procesos que influyen en la composición de una comunidad dentro de un hábitat particular. En este estudio, evaluamos si la composición genética de bacterias microbialíticas depende de acontecimientos al azar vs factores biológicos/ abióticos. Este estudio se basa en un conjunto de datos genéticos de dos regiones hipervariables (V5 y V6) de gen 16S rRNA generados previamente de nueve comunidades de microbialitos distribuidos en el Noreste, Centro y Sureste de México, recolectados en mayo y junio 2009. Los datos genéticos de los filos más abundantes (Proteobacteria, Planctomycetes, Verrucomicrobia, Bacteroidetes y Cyanobacteria) fueron analizados para determinar la estructura filogenética de la comunidad y de cada filo por separado. Para el análisis conjunto, el índice NTI de Webb mostró valores positivos y significativos en las nueve comunidades analizadas, en donde los valores oscilaron entre 31.5 en Pozas Azules I y 57.2 en el Canal Pirata en Bacalar; en contraste, los valores del índice NRI fueron positivos y significativos en seis de las nueve comunidades analizadas con valores oscilando desde 18.1 en Pozas Azules I hasta 45.1 en Río Mezquites. Por otro lado, en la comparación de cada filo individual, el índice NTI fue positivo y significativo en todos los grupos excepto en Cyanobacteria, en donde valores positivos y significativos fueron encontrados sólo en tres localidades; finalmente, el índice NRI fue significativo sólo en unas cuantas de las comparaciones realizadas. Los resultados sugieren que el filtrado del hábitat es el proceso principal que determina la estructura filogenética de las comunidades bacterianas asociadas a microbialitos con la excepción de las cianobacterias en donde diferentes linajes pueden contribuir a la formación y crecimiento del microbialito.

Impacto de los recientes avances en el análisis de comunidades microbianas sobre el control del proceso de tratamiento de efluentes / Impact of the recent advances in the analysis of microbial communities on the control of the wastewater treatment process

Una de las funciones principales de la biotecnología ambiental es ocuparse del estudio de comunidades microbianas que proveen servicios esenciales para la sociedad. Más allá de las similitudes que presenta con la microbiología industrial y la agrícola, la biotecnología ambiental presenta peculiaridades, tales como los objetivos de proceso, las características de la biomasa y el tipo y modo de alimentación (sustratos), que la distinguen claramente de las otras disciplinas relacionadas. En este artículo se reseñan recientes avances en la ecología microbiana, la ecofisiología, la genómica y la ingeniería de procesos, para ilustrar cómo la integración de los nuevos conocimientos permite superar las limitaciones del análisis microbiológico clásico para entender, predecir y optimizar el funcionamiento de los procesos de tratamiento de efluentes.

One of the main functions of environmental biotechnology is to address the study of microbial communities that provide essential services to society. Beyond the similarities with industrial and agricultural microbiology, the unique features exhibited by environmental biotechnology, such as process objectives, biomass characteristics and type and mode of feeding (substrates), allow a clear distinction from the other related disciplines. Recent advances in microbial ecology, ecophysiology, genomics and process engineering are herein reviewed to illustrate how the integration of the new knowledge can help overcome the shortcomings of classic microbiological analyses to understand, predict and optimize the performance of wastewater treatment.