Biogeography of pollinators in a changing world with special focus on the Aegean

Abstract

The analysis of species spatial patterns constitutes an important tool in geographical analyses for the understanding of observed biodiversity, the variation of biodiversity through time, and the differentiation among communities. Several factors and mechanisms determine species distribution patterns, their probability of presence or absence in an area, their richness and abundance, the differentiation of their composition among geographical areas, and their morphological and ecological characteristics. However, studies for understanding the mechanisms affecting species diversity patterns concern specific taxonomic groups, such as plants, birds, and mammals. For taxonomic groups with high species richness, such as insects, the available data are limited and are derived mainly from researches carried out on mainland, as well as in tropical areas. The current dissertation focuses on the investigation of factors affecting the distribution and diversity of pollinators, and the differentiation of their morphological characteristics. The first part of the dissertation (Chapter Two) deals with the prediction of the current distribution of syrphid species in the Balkans, using species distribution models. It also investigates the effect of future climatic variables for two future periods, under different climate change scenarios and dispersal hypotheses. In total, four species groups were tested: (a) mountainous, (b) climate-generalists, (c) Mediterranean and (d) east Mediterranean. Among these groups, important differences of their predicted range distribution were found. In Chapter Three, the effect of climatic and ecogeographical factors on a- and b-diversity of pollinators on islands of the Aegean Archipelago, which is considered a bee diversity hotspot, were investigated. The research demonstrated the importance of climate in shaping species diversity patterns, followed by geographical factors, such as island area and geographic isolation. In Chapter Four, the effect of climatic and ecogeographical factors on body size differences of species that are shared among the Aegean islands was explored in three different cases: (a) the entire bee community, (b) small vs. large bees, and (c) Cycladic vs. non-Cycladic islands. Both dwarfism and gigantism were found to be supported by research findings, with island area, isolation, and temperature constituting the most important factors that determine bee body size in the Aegean. In Chapter Five, the current bee species richness in the Aegean islands was predicted, using two different approaches: (a) the sum of species distribution models probabilities and (b) the sum of binary predictions (presence – absence). Also, the effect of climate change on bee species richness was tested, using an extreme climatic scenario for two future periods. An increase of bee richness was predicted in most of the Aegean islands for both the examined future periods. Both approaches followed were not correlated with the observed richness, indicating the importance of incorporating biotic interactions and other ecological limitations into species distribution models.

Η ανάλυση των χωρικών προτύπων των ειδών αποτελεί σημαντικό εργαλείο σε γεωγραφικές αναλύσεις για την κατανόηση της παρατηρούμενης βιοποικιλότητας, των μεταβολών της στην πάροδο του χρόνου και της διαφοροποίησής της μεταξύ βιοκοινοτήτων. Ποικίλοι παράγοντες και μηχανισμοί καθορίζουν τα πρότυπα κατανομής των ειδών, την πιθανότητα παρουσίας ή απουσίας τους σε μια περιοχή, τον πλούτο και την αφθονία τους, τη διαφοροποίηση στη σύνθεση των ειδών μεταξύ γεωγραφικών περιοχών, καθώς και τα μορφολογικά και οικολογικά χαρακτηριστικά τους. Ωστόσο, οι έρευνες για την κατανόηση των μηχανισμών που επιδρούν στα πρότυπα ποικιλότητας των ειδών αφορούν κυρίως συγκεκριμένες ταξινομικές ομάδες, όπως φυτά, πτηνά και θηλαστικά. Για ταξινομικές ομάδες που εμφανίζουν μεγάλο πλούτο ειδών, όπως τα έντομα, τα διαθέσιμα στοιχεία είναι ελάχιστα και προέρχονται κυρίως από έρευνες που επικεντρώνονται σε ηπειρωτικές περιοχές, όπως και σε περιοχές με τροπικό κλίμα. Η παρούσα διδακτορική διατριβή πραγματεύεται τη διερεύνηση των παραγόντων που επηρεάζουν την κατανομή και την ποικιλότητα των εντόμων-επικονιαστών, και επιδρούν στη διαφοροποίηση των μορφολογικών χαρακτηριστικών τους. Στο πρώτο μέρος της έρευνας (Κεφάλαιο Δύο), εκτιμήθηκε η τωρινή κατανομή ειδών συρφίδων στα Βαλκάνια με χρήση μοντέλων κατανομής ειδών. Επίσης, διερευνήθηκε η επίδραση μελλοντικών κλιματικών μεταβλητών για δύο μελλοντικές χρονικές περιόδους, υπό διαφορετικά σενάρια κλιματικής αλλαγής και υποθέσεις διασποράς. Συνολικά, εξετάστηκαν τέσσερις ομάδες ειδών: (α) ορεινά, (β) κλιματικώς-γενικευμένα, (γ) μεσογειακά και (δ) ανατολικο-μεσογειακά, μεταξύ των οποίων παρατηρήθηκαν σημαντικές διαφορές στο προβλεπόμενο εύρος κατανομής τους. Στο Κεφάλαιο Τρία, διερευνήθηκε η επίδραση κλιματικών και οικογεωγραφικών παραγόντων στην α- και β-ποικιλότητα επικονιαστών σε νησιά του Αιγαίου Πελάγους, το οποίο αποτελεί θερμό σημείο ποικιλότητας άγριων μελισσών. Η έρευνα κατέδειξε την καθοριστική σημασία του κλίματος στη διαμόρφωση των προτύπων ποικιλότητας ειδών και, δευτερευόντως, των γεωγραφικών παραγόντων, όπως η έκταση των νησιών και η γεωγραφική απομόνωση. Στο Κεφάλαιο Τέσσερα, εξετάστηκε η επίδραση κλιματικών και οικογεωγραφικών παραγόντων στις διαφορές του μεγέθους σώματος των ειδών που είναι κοινά μεταξύ των νησιών για τρεις διαφορετικές κατηγορίες: (α) το σύνολο των μελισσών, (β) μικρές και μεγάλες μέλισσες, και (γ) Κυκλαδίτικα και μη-Κυκλαδίτικα νησιά. Τόσο ο νανισμός όσο και ο γιγαντισμός βρέθηκαν να υποστηρίζονται από τα αποτελέσματα της έρευνας, με την έκταση, την απομόνωση και τη θερμοκρασία να αποτελούν τους σημαντικότερους παράγοντες που καθορίζουν το σωματικό μέγεθος των ειδών άγριων μελισσών στο Αιγαίο. Στο Κεφάλαιο Πέντε, εκτιμήθηκε ο νυν πλούτος ειδών άγριων μελισσών στα νησιά του Αιγαίου, με χρήση δύο διαφορετικών προσεγγίσεων: (α) το άθροισμα του συνόλου των προβλέψεων των μοντέλων κατανομής ειδών και (β) το άθροισμα των δυαδικών προβλέψεων (παρουσία – απουσία). Επίσης, ελέγχθηκε η επίδραση της αλλαγής του κλίματος στον πλούτο ειδών άγριων μελισσών, με χρήση ενός ακραίου κλιματικού σεναρίου για δύο μελλοντικές περιόδους. Στα περισσότερα νησιά του Αιγαίου προβλέφθηκε αύξηση του πλούτου ειδών άγριων μελισσών και για τις δυο μελλοντικές χρονικές περιόδους που εξετάστηκαν. Και οι δύο προσεγγίσεις που ακολουθήθηκαν δεν παρουσίασαν συσχέτιση με τον παρατηρούμενο πλούτο ειδών, καταδεικνύοντας τη σημασία ενσωμάτωσης βιοτικών αλληλεπιδράσεων και άλλων οικολογικών περιορισμών σε μοντέλα πρόβλεψης κατανομής ειδών.