Global biodiversity change is one of the most pressing environmental issues of our time. Here, we review current scientific knowledge on global biodiversity change and identify the main knowledge gaps. We discuss two components of biodiversity change—biodiversity alterations and biodiversity loss—across four dimensions of biodiversity: species extinctions, species abundances, species distributions, and genetic diversity. We briefly review the impacts that modern humans and their ancestors have had on biodiversity and discuss the recent declines and alterations in biodiversity. We analyze the direct pressures on biodiversity change: habitat change, overexploitation, exotic species, pollution, and climate change. We discuss the underlying causes, such as demographic growth and resource use, and review existing scenario projections. We identify successes and impending opportunities in biodiversity policy and management, and highlight gaps in biodiversity monitoring and models. Finally, we discuss how the ecosystem services framework can be used to identify undesirable biodiversity change and allocate conservation efforts.

Biodiversity and ecosystem service losses driven by land-use change are expected to intensify as a growing and more affluent global population requires more agricultural and forestry products, and teleconnections in the global economy lead to increasing remote environmental responsibility. By combining global biophysical and economic models, we show that, between the years 2000 and 2011, overall population and economic growth resulted in increasing total impacts on bird diversity and carbon sequestration globally, despite a reduction of land-use impacts per unit of gross domestic product (GDP). The exceptions were North America and Western Europe, where there was a reduction of forestry and agriculture impacts on nature accentuated by the 2007–2008 financial crisis. Biodiversity losses occurred predominantly in Central and Southern America, Africa and Asia with international trade an important and growing driver. In 2011, 33% of Central and Southern America and 26% of Africa’s biodiversity impacts were driven by consumption in other world regions. Overall, cattle farming is the major driver of biodiversity loss, but oil seed production showed the largest increases in biodiversity impacts. Forestry activities exerted the highest impact on carbon sequestration, and also showed the largest increase in the 2000–2011 period. Our results suggest that to address the biodiversity crisis, governments should take an equitable approach recognizing remote responsibility, and promote a shift of economic development towards activities with low biodiversity impacts. Combining biophysical and economic models, the authors show that the impacts of land use on bird biodiversity and carbon sequestration have increased over the years 2000–2011, with cattle farming being a major driver of biodiversity loss.

Abstract It is commonly thought that the biodiversity crisis includes widespread decreases in the uniqueness of different sites in a landscape (biotic homogenization). Using a typology relating homogenization and differentiation to local and regional diversity changes, we synthesize patterns across 283 metacommunities surveyed for 10-91 years, and 54 species checklists (13-500+ years). On average, there is a 0.2% increase in species shared among communities/year (i.e., weak homogenization), but across data sets, differentiation frequently occurs, with no statistically significant change being most common. Local (not regional) diversity frequently underlies composition change, and homogenization is strongly associated with checklist data that have longer durations and large spatial scales. Conservation and management can benefit from the multiscale perspective used here as it disentangles the implications of both the differentiation and homogenization currently unfolding. One-Sentence Summary Biotic homogenization is most prevalent at large temporal and spatial scales.

Abstract Biodiversity metrics often integrate data on the presence and abundance of multiple species. Yet understanding covariation of changes to the numbers of individuals, the evenness of species’ relative abundances, and the total number of species remains limited. Using individual-based rarefaction curves, we introduce a conceptual framework to understand how expected positive relationships among changes in abundance, evenness and richness arise, and how they can break down. We then examined interdependencies between changes in abundance, evenness and richness in more than 1100 assemblages sampled either through time or across space. As predicted, richness changes were greatest when abundance and evenness changed in the same direction, and countervailing changes in abundance and evenness acted to constrain the magnitude of changes in species richness. Site-to-site changes in abundance, evenness, and richness were often decoupled, and pairwise relationships between changes in these components across assemblages were weak. In contrast, changes in species richness and relative abundance were strongly correlated for assemblages varying through time. Temporal changes in local biodiversity showed greater inertia and stronger relationships between the component changes when compared to site-to-site variation. Local variation in assemblage diversity was rarely due to a passive sample from a more or less static species abundance distribution. Instead, changing species relative abundances often dominated local variation in diversity. Moreover, how changing relative abundances combined with changes to total abundance frequently determined the magnitude of richness changes. Embracing the interdependencies between changing abundance, evenness and richness can provide new information for better understanding biodiversity change in the Anthropocene.

Abstract Land-use change is widely regarded as a simplifying and homogenising force in nature. In contrast, analysing global land-use reconstructions from the 10 th to 20 th centuries, we found progressive increases in the number, evenness, and diversity of ecosystems (including human-modified land-use types) across the globe. Ecosystem diversity increased more rapidly after ∼1700CE, then slowed or partially reversed (depending on the metric) following the mid-20 th century acceleration of human impacts. Differentiation also generally increased across space, with homogenization only evident in the presence-absence analysis of ecosystem types at the global scale. Our results suggest that human land-use changes have primarily driven increases in ecosystem diversity over the last millennium.

Abstract Biotic responses to global change include directional shifts in organismal traits. Body size, an integrative trait that determines demographic rates and ecosystem functions, is often thought to be shrinking in the Anthropocene. Here, we assess the prevalence of body size change in six taxon groups across 5,032 assemblage time-series spanning 1960-2020. Using the Price equation to partition this change into within-species body size versus compositional changes, we detect prevailing decreases in body size through time. Change in assemblage composition contributes more to body size changes than within-species trends, but both components show substantial variation in magnitude and direction. The biomass of assemblages remains remarkably stable as decreases in body size trade-off with increases in abundance. One-Sentence Summary Variable within-species and compositional trends combine into shrinking body size, abundance increases and stable biomass.

AIM. Biodiversity loss, measured as count of extinction events, is a key component of biodiversity change, and can significantly impact ecosystem services. However, estimation of the loss has focused mostly on per-species extinction rates measured over limited numbers of spatial scales, with no theory linking small-scale extirpations with global extinctions. Here we provide such link by introducing the relationship between area and per-species probability of extinction (PxAR) and between area and count of realized extinction events in that area (NxAR). We show theoretical and empirical forms of these relationships, and we discuss their role in perception and estimation of the current extinction crisis. LOCATION. USA, Europe, Czech Republic, Barro Colorado Island METHODS. We derived the expected forms of PxAR and NxAR from a range of theoretical frameworks based on theory of island biogeography, neutral models, and species-area relationships. We constructed PxAR and NxAR in five empirical datasets on butterflies, plants, trees and birds, collected over range of spatial scales. RESULTS. Both the theoretical arguments and empirical data support monotonically decreasing PxAR, i.e. per-species extinction probability decreasing with increasing area; however, we also report a rare theoretical possibility of locally increasing PxAR. In contrast, both theory and data revealed complex NxAR, i.e. counts of extinction events follow variety of relationships with area, including nonlinear unimodal, multimodal and U-shaped relationships, depending on region and taxon. MAIN CONCLUSIONS. The uncovered wealth of forms of NxAR can explain why biodiversity change (the net outcome of losses and gains) also appears scale-dependent. Furthermore, the complex scale dependence of PxAR and NxAR means that global extinctions indicate little about local extirpations, and vice versa. Hence, effort should be made to understand and report extinction crisis as a scale-dependent problem. In this effort, estimation of scaling relationships such as PxAR and NxAR should be central.

To support the assessments of the Intergovernmental Science-Policy Platform on Biodiversity and Ecosystem Services (IPBES), the IPBES Expert Group on Scenarios and Models is carrying out an intercomparison of biodiversity and ecosystem services models using harmonized scenarios (BES-SIM). The goals of BES-SIM are (1) to project the global impacts of land use and climate change on biodiversity and ecosystem services (i.e. nature's contributions to people) over the coming decades, compared to the 20th century, using a set of common metrics at multiple scales, and (2) to identify model uncertainties and research gaps through the comparisons of projected biodiversity and ecosystem services across models. BES-SIM uses three scenarios combining specific Shared Socio-economic Pathways (SSPs) and Representative Concentration Pathways (RCPs) to explore a wide range of land-use change and climate change futures. This paper describes the rationale for scenarios selection, the process of harmonizing input data for land use, based on the second phase of the Land Use Harmonization Project (LUH2), and climate, the biodiversity and ecosystem service models used, the core simulations carried out, the harmonization of the model output metrics, and the treatment of uncertainty. The results of this collaborative modelling project will support the ongoing global assessment of IPBES, strengthen ties between IPBES and the Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) scenarios and modelling processes, advise the Convention on Biological Diversity (CBD) on its development of a post-2020 strategic plans and conservation goals, and inform the development of a new generation of nature-centred scenarios.

Despite the scientific consensus on the extinction crisis and its anthropogenic origin, the quantification of historical trends and of future scenarios of biodiversity and ecosystem services has been limited, due to the lack of inter-model comparisons and harmonized scenarios. Here, we present a multi-model analysis to assess the impacts of land-use and climate change from 1900 to 2050. During the 20th century provisioning services increased, but biodiversity and regulating services decreased. Similar trade-offs are projected for the coming decades, but they may be attenuated in a sustainability scenario. Future biodiversity loss from land-use change is projected to keep up with historical rates or reduce slightly, whereas losses due to climate change are projected to increase greatly. Renewed efforts are needed by governments to meet the 2050 vision of the Convention on Biological Diversity.### Competing Interest StatementThe authors have declared no competing interest.

There is considerable interest in understanding patterns of β-diversity that measure the amount of change in species composition through space or time. Most hypotheses for β-diversity evoke nonrandom processes that generate spatial and temporal within species aggregation; however, β-diversity can also be driven by random sampling processes. Here, we describe a framework based on rarefaction curves that quantifies the non-random contribution of species compositional differences across samples to β-diversity. We isolate the effect of within-species spatial or temporal aggregation on beta-diversity using a coverage standardized metric of β-diversity (βC). We demonstrate the utility of our framework using simulations and an empirical case study examining variation in avian species composition through space and time in engineered versus natural riparian areas. The primary strengths of our approach are that it provides an intuitive visual null model for expected patterns of biodiversity under random sampling that allows integrating analyses across α-, γ-, and β-scales. Importantly, the method can accommodate comparisons between communities with different species pool sizes, and can be used to examine species turnover both within and between meta-communities.