Abstract The metacommunity concept is an important way to think about linkages between different spatial scales in ecology. Here we review current understanding about this concept. We first investigate issues related to its definition as a set of local communities that are linked by dispersal of multiple potentially interacting species. We then identify four paradigms for metacommunities: the patch‐dynamic view, the species‐sorting view, the mass effects view and the neutral view, that each emphasizes different processes of potential importance in metacommunities. These have somewhat distinct intellectual histories and we discuss elements related to their potential future synthesis. We then use this framework to discuss why the concept is useful in modifying existing ecological thinking and illustrate this with a number of both theoretical and empirical examples. As ecologists strive to understand increasingly complex mechanisms and strive to work across multiple scales of spatio‐temporal organization, concepts like the metacommunity can provide important insights that frequently contrast with those that would be obtained with more conventional approaches based on local communities alone.

Biodiversity and Productivity When data are analyzed at relatively large spatial scales, biodiversity generally increases with productivity, but the pattern at smaller scales is more variable. Chase (p. 1388 , published online 27 May) presents results from a 7-year experiment in artificial ponds. β-diversity (the variation in species composition from site to site) in animal species was persistently higher at higher productivity among otherwise homogeneous environments in this controlled experimental venue. This pattern appeared to result from shifts in the relative importance of deterministic versus stochastic community assembly mechanisms along the productivity gradient. Thus, variation in the mechanism of community assembly might be an important process determining the relationship between biodiversity and productivity.

Historically, the biodiversity and composition of species in a locality was thought to be influenced primarily by deterministic factors. In such cases, species' niches create differential responses to environmental conditions and interspecific interactions, which combine to determine that locality's biodiversity and species composition. More recently, proponents of the neutral theory have placed a premium on how stochastic factors, such as birth, death, colonization, and extinction (termed "ecological drift") influence diversity and species composition in a locality independent of their niches. Here, I develop the hypothesis that the relative importance of stochastic ecological drift and/or priority effects depend on the harshness of the ecological filter in those habitats. I established long-term experimental ponds to explore the relative importance of community assembly history and drought on patterns of community compositional similarity among ponds that were otherwise similar in their environmental conditions. I show considerable site-to-site variation in pond community composition in the absence of drought that likely resulted from a combination of stochastic ecological drift and priority effects. However, in ponds that experienced drought, I found much higher similarity among communities that likely resulted from niche-selection filtering out species from the regional pool that could not tolerate such environmental harshness. These results implicate the critical role for understanding the processes of community assembly when examining patterns of biodiversity at different spatial scales.

Abstract Trade‐offs in species performances of different ecological functions is one of the most common explanations for coexistence in communities. Despite the potential for species coexistence occurring at local or regional spatial scales, trade‐offs are typically approached at a single scale. In recent years, ecologists have increasingly provided evidence for the importance of community processes at both local and regional spatial scales. This review summarizes the theoretical predictions for the traits associated with trade‐offs under different conditions and at different spatial scales. We provide a spatial framework for understanding trade‐offs, coexistence and the supportive empirical evidence. Predictions are presented that link the patterns of diversity observed to the patterns of trade‐offs that lead to coexistence at different spatial scales. Recent evidence for the evolution of trade‐offs under different conditions is provided which explores both laboratory microcosm studies and phylogenetic tests. Examining trade‐offs within a spatial framework can provide a strong approach to understanding community structure and dynamics, while explaining patterns of species diversity.

β-diversity represents the compositional variation among communities from site-to-site, linking local (α-diversity) and regional (γ-diversity). Researchers often desire to compare values of β-diversity across localities or experimental treatments, and to use this comparison to infer possible mechanisms of community assembly. However, the majority of metrics used to estimate β-diversity, including most dissimilarity metrics (e.g., Jaccard's and Sørenson's dissimilarity index), can vary simply because of changes in the other two diversity components (α or γ-diversity). Here, we overview the utility of taking a null model approach that allows one to discern whether variation in the measured dissimilarity among communities results more from changes in the underlying structure by which communities vary, or instead simply due to difference in α-diversity among localities or experimental treatments. We illustrate one particular approach, originally developed by Raup and Crick (1979) in the paleontological literature, which creates a re-scaled probability metric ranging from −1 to 1, indicating whether local communities are more dissimilar (approaching 1), as dissimilar (approaching 0), or less dissimilar (approaching −1), than expected by random chance. The value of this metric provides some indication of the possible underlying mechanisms of community assembly, in particular the degree to which deterministic processes create communities that deviate from those based on stochastic (null) expectations. We demonstrate the utility of this metric when compared to analyses of Jaccard's dissimilarity index with case studies from disparate empirical systems (coral reefs and freshwater ponds) that differ in the degree to which disturbance altered α-diversity, as well as the selectivity by which disturbance acted on members of the community.

Increases in species turnover of woody plants at low latitudes and elevations are explained by the size of species pools alone.

Abstract Global concern about human impact on biological diversity has triggered an intense research agenda on drivers and consequences of biodiversity change in parallel with international policy seeking to conserve biodiversity and associated ecosystem functions. Quantifying the trends in biodiversity is far from trivial, however, as recently documented by meta‐analyses, which report little if any net change in local species richness through time. Here, we summarise several limitations of species richness as a metric of biodiversity change and show that the expectation of directional species richness trends under changing conditions is invalid. Instead, we illustrate how a set of species turnover indices provide more information content regarding temporal trends in biodiversity, as they reflect how dominance and identity shift in communities over time. We apply these metrics to three monitoring datasets representing different ecosystem types. In all datasets, nearly complete species turnover occurred, but this was disconnected from any species richness trends. Instead, turnover was strongly influenced by changes in species presence (identities) and dominance (abundances). We further show that these metrics can detect phases of strong compositional shifts in monitoring data and thus identify a different aspect of biodiversity change decoupled from species richness. Synthesis and applications : Temporal trends in species richness are insufficient to capture key changes in biodiversity in changing environments. In fact, reductions in environmental quality can lead to transient increases in species richness if immigration or extinction has different temporal dynamics. Thus, biodiversity monitoring programmes need to go beyond analyses of trends in richness in favour of more meaningful assessments of biodiversity change.

Spatial structure of species change Biodiversity is undergoing rapid change driven by climate change and other human influences. Blowes et al. analyze the global patterns in temporal change in biodiversity using a large quantity of time-series data from different regions (see the Perspective by Eriksson and Hillebrand). Their findings reveal clear spatial patterns in richness and composition change, where marine taxa exhibit the highest rates of change. The marine tropics, in particular, emerge as hotspots of species richness losses. Given that human activities are affecting biodiversity in magnitudes and directions that differ across the planet, these findings will provide a much needed biogeographic understanding of biodiversity change that can help inform conservation prioritization. Science , this issue p. 339 ; see also p. 308