Mapping and exploring trait spaces across the tree of life

Abstract

Elu Maal on uskumatult mitmekesine, kuid kõik liigid seisavad silmitsi väljakutsega jaotada piiratud ressursse kasvamise, ellujäämise ja paljunemise vahel. Oma doktoritöös uurisin, milliste strateegiatega taime- ja imetajaliigid sellele väljakutsele vastu seisavad, kasutades tunnusruume – organismide mõõdetavate omaduste (tunnuste) jaotust mitmemõõtmelises ruumis. Uurides ülemaailmset taimede tunnusruumi, leidsin tugeva seose maapealsete ja maa-aluste mõõtmete vahel: kõrgekasvulistel taimedel on ka ulatuslikud juurestikud, et toestada maapealset osa ja tagada ressursid kasvuks, samas on madalakasvulised taimed väikese juurestikuga. Üllatuslikult ei ole omavahel seotud tunnused, mis peegeldavad lehtede ja juurte ressursi hankimise ja säilitamise strateegiaid. Sarnaselt koostasin ülemaailmse imetajate tunnusruumi ning leidsin, et imetajad jagunevad kahte peamisesse gruppi: liigid, kes jõuavad kiirelt paljunemisikka, kuid elavad lühemat aega (kiire strateegia), ja liigid, kes paljunevad vähem, kuid elavad kauem (aeglane strateegia). Need strateegiad on tugevalt seotud elukeskkonnaga – elu vees või õhus soosib rohkem aeglasi strateegiaid võrreldes eluga maismaal. Lisaks uurisin, kas tunnusruumi raamistikku saab rakendada elurikkuse monitoorimisel kaugseire abil. Droonipildid Itaalia rannaluidete taimekooslustest näitasid, et spektraalruumi mustrid – taimestiku peegeldunud valguse variatsioonid – on tugevalt seotud taimekoosluse tunnusruumiga. Seega saab kaugseire abil taimede strateegiaid edukalt uurida, pakkudes nii tõhusat viisi elurikkuse muutuste jälgimiseks suurel skaalal. Tunnusruumi metoodika abil saab võrrelda strateegiaid eri liikide vahel, hinnata tunnuste mitmekesisust ja uurida, kuidas liikide strateegiad on seotud keskkonnaga. See aitab paremini mõista, kuidas organismid on keskkonnatingimustele kohanenud, ning ennustada, kuidas kooslused globaalmuutustele reageerivad. Need on vajalikud teadmised, et edukalt kaitsta elurikkust ja ökosüsteeme.

Life on Earth is incredibly diverse, yet all species face the challenge of allocating limited resources to grow, survive, and reproduce. My research examined how plant and mammal species invest in these processes using “trait spaces” – maps of measurable characteristics (traits) that reveal the strategies species use to navigate their environments. By investigating the global trait space of plants, I revealed a strong alignment between above- and belowground size: tall plants possessed extensive root systems to support their aboveground structures and secure resources for growth, while shorter plants had smaller root systems. Surprisingly, traits reflecting strategies for resource acquisition and conservation in leaves and roots were decoupled, operating independently of each other. Similarly, I constructed a global trait space of mammals and found that mammals are distributed into two main groups within this space: species with faster but shorter lives, and those with slower but longer lives. These strategies are strongly linked to habitats, with aquatic and aerial environments favouring “slow” strategies, if compared to terrestrial ones. Finally, I tested whether this trait space framework can be applied in biodiversity monitoring through remote sensing. Drone images from plant communities in coastal dunes in Italy revealed that patterns in spectral space – variations in light reflected by vegetation – strongly related with the trait spaces of plant communities. This suggests that plant strategies can be studied remotely, offering an efficient way to monitor biodiversity changes over large areas. The trait-space methodology enables comparisons of strategies across species, quantify their diversity, and allow to model how strategies relate to environmental factors. This approach is crucial for understanding how organisms adapt, and predict community responses to global changes, aiding biodiversity conservation and ecosystem stability.