Functional groups, determinism and the dynamics of a tropical forest

• Published in: The Journal of ecology Vol. 110; no. 1; pp. 185 - 196
• Main Authors: Rubio, Vanessa E., Swenson, Nathan G.
• Format: Journal Article
• Language: English
• Published: Oxford Blackwell Publishing Ltd 01.01.2022
• Subjects: Abundance; Coexistence; Community ecology; Continuity (mathematics); Determinism; Dispersal; Dispersion; Drift; Dynamics; ecological differentiation; Ecology; forest dynamics; Forest ecosystems; Forests; functional group; Functional groups; Group dynamics; habitat associations; islands; life history; neutrality; Panama; Plant species; rank distributions; rare and common species; Rare species; Stochasticity; tree community ecology; trees; Tropical climate; Tropical forests; Panama
• ISSN: 0022-0477; 1365-2745
• DOI: 10.1111/1365-2745.13795

Unravelling the drivers of forests dynamics is one of the main challenges in tree community ecology. These drivers include niche differentiation, dispersal limitation and stochasticity. Previous work has demonstrated that these mechanisms likely interact such that no one process is responsible for forest dynamics. One possibility is that the functional composition in a forest changes in a deterministic fashion, but the abundances of individual species that are functionally similar and have similar life‐history strategies drift in a neutral fashion. This framework aligns with the functional group‐based version of the neutral theory proposed more than 30 years ago, but it has remained poorly understood and is not well‐integrated in tree community ecology. To investigate the possibility that determinism and neutrality may operate on the functional and species levels, respectively, we studied the long‐term dynamics of trees on Barro Colorado Island, Panama. Specifically, we sorted tree species into functional groups. We defined them as groups of species that cluster together based upon continuous functional trait measurements that are believed to reflect key life‐history trade‐offs. This information was then used to quantify the observed species and functional group dynamics in the forest and to compare them to that expected from neutral simulations. We found that forest dynamics are likely governed by deterministic processes at the between‐functional group level where species relative abundances change or drift through time within group. Species rank distributions for each functional group remained relatively stable suggesting that these groups may act as broad adaptive zones for both common and rare species that may promote species coexistence. Moreover, we found that these functional groups associate with different habitats in the forest. Synthesis. The results indicate that deterministic processes control the relative proportion of each functional group in the tropical forest studied and that individual species within groups may have apparently neutral dynamics. Furthermore, the results demonstrate that observed stable functional group relative proportions can be produced by deterministic or neutral dynamics, which underscores the importance of comparing the observed functional dynamics to that expected under neutral dynamics. Resumen Entender los mecanismos detrás de la dinámica de los bosques es uno de los principales desafíos de la ecología de comunidades de plantas. Estos mecanismos incluyen la diferenciación de nichos, la limitación en la dispersión y los procesos estocásticos. Trabajos previos han demostrado que estos mecanismos probablemente interactúan entre sí de manera que no hay un único proceso responsable de la dinámica de los bosques. Una posibilidad es que la composición funcional de un bosque cambie en una manera determinística pero que las abundancias de las especies que son funcionalmente similares y tengan historias de vida similares cambien en una manera neutral. Esta idea concuerda con la versión basada en grupos funcionales de la teoría neutral propuesta hace más de 30 años pero que no ha sido bien entendida e integrada en la ecología de comunidades de plantas. Para investigar la posibilidad que el determinismo y la neutralidad operen a nivel funcional y de especies, respectivamente, estudiamos las dinámicas a largo plazo de los árboles en la isla de Barro Colorado en Panamá. Específicamente organizamos las especies de árboles en grupos funcionales. Definimos estos grupos funcionales como grupos de especies que se agrupan basados en medidas continuas de rasgos funcionales que se creen reflejan importantes tradeoffs en sus historias de vida. Esta información fue usada para cuantificar las dinámicas de las especies y los grupos funcionales en el bosque y compararlas con lo que se espera obtener de simulaciones neutrales. Encontramos que las dinámicas del bosque están probablemente gobernadas por procesos determinísticos al nivel de grupos funcionales en los cuales las abundancias relativas de las especies cambian de manera no predecible a través del tiempo dentro de cada grupo funcional. La distribución de abundancia de especies de cada grupo funcional se mantuvo relativamente estable sugiriendo que estos grupos podrían estar actuando como amplias zonas de adaptación tanto para especies comunes como raras y que podrían promover la coexistencia de especies. Además, encontramos que estos grupos funcionales se asocian con diferentes hábitats en el bosque. Síntesis. Los resultados indican que los procesos determinísticos contralan la proporción relativa de cada grupo funcional en el bosque tropical estudiado y que las especies dentro de cada grupo tendrían dinámicas aparentemente neutrales. Además, los resultados demuestran que la estabilidad de las proporciones relativas de los grupos funcionales puede ser producida tanto por dinámicas determinísticas como neutrales lo cual resalta la importancia de comparar las dinámicas funcionales observadas con lo que se espera bajo las dinámicas neutrales. Plant community assembly mechanisms may be acting at different levels of community organization aligning with the functional group‐based version of Hubbell's neutral theory. Determinism at the functional group level and apparent ecological drift at the species level might play an important role in the forest dynamics and may promote species coexistence.