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.

Abstract Background Endolithic niches offer an ultimate refuge, supplying buffered conditions for microorganisms that dwell inside rock airspaces. Yet, survival and growth strategies of Antarctic endolithic microbes residing in Earths’ driest and coldest desert remains virtually unknown. Results From 109 endolithic microbiomes, 4,539 metagenome-assembled genomes were generated, 49.3% of which were novel candidate bacterial species. We present evidence that trace gas oxidation and atmospheric chemosynthesis may be the prevalent strategies supporting metabolic activity and persistence of these ecosystems at the fringe of life and the limits of habitability. Conclusions These results represent the foundation to untangle adaptability at the edge of sustainability on Earth and on other dry Earth-like planetary bodies such as Mars.

The increasing impairment of lotic ecosystems has promoted a growing effort into assessing their ecological status by means of biological indicators. While community-based approaches have proven valuable to assess ecosystem integrity, they mostly reflect long-term changes and might not be suitable for tracking and monitoring short-term events. Responses to rapid changes in environmental conditions have been rarely studied under natural conditions. Biomarkers offer the benefit of integrating biological responses at different time scales. Here we used a field experiment to test how the synthesis of heat shock protein 70 (HSP70) and Haemoglobin (Hb) in laboratory-reared larvae of Chironomus riparius (Diptera, Chironomidae) were influenced by short-term changes to water temperature and oxygen concentration in a lowland stream. Our aim was to determine whether HSP70 mRNA expression and Hb content could be used as an in situ "early warning system" for freshwater habitats undergoing environmental change. HSP70 exhibited a clear response to changes in temperature measured over a one-day period, confirming its suitability as an indicator of environmental stress. Hb concentration was related to oxygen concentration, but not to temperature. Our findings support the hypothesis that depletion in oxygen induces Hb synthesis in C. riparius larvae. Because tolerance to low oxygen is not only related to total Hb, but also to a more efficient uptake (binding to Hb, e.g. Bohr effect) and release of oxygen to the cell (Root effect), we cannot discern from our data whether increased efficiency played a role. We suggest that C. riparius is a suitable model organism for monitoring sub-lethal stress in the field and that the approach could be applied to other species as more genomic data are available for non-model organisms.

Abstract Ecosystem heterogeneity has been widely recognized as a key ecological feature, influencing several ecological functions, since it is strictly related to several ecological functions like diversity patterns and change, metapopulation dynamics, population connectivity, or gene flow. In this paper, we present a new R package - rasterdiv - to calculate heterogeneity indices based on remotely sensed data. We also provide an ecological application at the landscape scale and demonstrate its power in revealing potentially hidden heterogeneity patterns. The rasterdiv package allows calculating multiple indices, robustly rooted in Information Theory, and based on reproducible open source algorithms.

Abstract Naturally occurring stable isotope ratios in animal tissues allow estimation of species trophic position and ecological niche. Measuring multiple isotopes of migratory species along flyway bottlenecks offers the opportunity to sample multiple populations and species whose tissues carry information at continental scales. We measured δ 2 H, δ 18 O, δ 13 C, δ 15 N in juvenile feathers of 21 bird species captured at a migratory bottleneck in the Italian Alps. We examined if trends in individual isotopes reflected known migratory strategies and whether dietary ( δ 13 C- δ 15 N) and spatially-explicit breeding origin ( δ 2 H- δ 18 O) niche breadth (NB) differed among long-distance trans-Saharan (TS), short-distance (IP) and irruptive (IR) intra-Palearctic migrants, and whether they correlated with reported populations long-term trends. In both TS and IP groups, species δ 2 H declined with capture date, indicating that northern populations reached the stopover site later in the season, following a Type-I migration strategy. Values of δ 2 H indicated that breeding range of TS migrants extended farther north than IP and IR migrants. The breeding season was longer for IP migrants whose δ 13 C and δ 15 N values declined and increased, respectively, with time of capture. Average species dietary NB did not differ among migratory groups, but TS migrants displayed wider breeding origin niches, suggesting that long-distant migration is linked to broader ecological niches. Isotope origin NB well reflected species geographic range extent, while dietary NB did not correlate with literature accounts of species’ diet. We found no relationship between species breeding NB and population trends in Europe, implying that conditions in the wintering grounds could be more important for the long-term persistence of species. We demonstrate that isotopic measurements of passerines migrating through a bottleneck represents a unique opportunity to investigate large-scale life-history phenomena relevant to conservation.

Since the implementation of the Water Framework Directive, the ecological status of European running waters has been evaluated using a set of harmonised ecological indicators that should guide conservation and restoration actions. Among these, the restoration of the natural flow regime (ecological flows) is considered indispensable for the achievement of the good ecological status, and yet the sensitivity of the current biological indicators to hydrologic parameters remains understudied. The Italian Star_ICMi well represents other similar WFD indicators; it is a macroinvertebrate-based multimetric index officially adopted to assess the ecological status of running waters at the national level. Recent legislation has also included the Star_ICMi as one of the indicators used to assess and prescribe ecological flows in river reaches regulated by water abstraction. However, the relationship between river hydrology and the Star_ICMi index is so far virtually unknown. Using data from the Trentino - Alto Adige Alpine region, we first assessed the relationship between the Star_ICMi and synthetic descriptors of the physico-chemical (LIMeco) and morphological (MQI) status of respectively 280 and 184 river reaches. Then, we examined the relation between the Star_ICMi and a set of ecologically-relevant hydrologic parameters derived from discharge time-series measured at 21 hydrometric stations, representing both natural and regulated river reaches. Although the Star_ICMi showed significant and linear relationships with the physico-chemical character and, slightly, with the morphological quality of the reaches, its response to flow parameters appeared weak or non-existent when examined with linear models. Mixed quantile regressions allowed the identification of flow parameters that represented limiting factors for macroinvertebrate communities and the associated Star_ICMi scores. In particular, the index showed negative floors where lower values were observed in reaches with large temporal variation in flow magnitude as well as frequent low and high flow events. The modelled quantiles also tracked the transition of the index from acceptable to unacceptable conditions. The results suggest that while the central tendency of the Star_ICMi index is not strongly influenced by river flow character, some key flow parameters represent limiting factors that allow the index to reach its lowest values, eventually pushing the site towards unacceptable ecological conditions. The identification of limiting flow parameters can aid the setting of hydrologic thresholds over which ecological impairment is likely to occur. Overall, however, results imply caution is needed in using biological indicator like the Star_ICMi for the quantitative assessment and design of ecological flows.

Braided river floodplains are highly dynamic ecosystems, where aquatic communities are strongly regulated by the hydrologic regime. So far, however, understanding of how flow variation influences assembly mechanisms remains limited. We collected benthic chironomids and oligochaetes over a year across a lateral connectivity gradient in the semi-natural Tagliamento River (Italy). Four bankfull flood events occurred during the study, allowing the assessment of how flooding and hydrologic connectivity mediate the balance between stochastic and deterministic community assembly. While invertebrate density and richness were positively correlated with connectivity, diversity patterns showed no significant correlation. Species turnover through time increased with decreasing connectivity. Contrary to expectations, hydrologic connectivity did not influence the response of community metrics (e.g. diversity, density) to floods. Invertebrate composition was weakly related to connectivity, but changed predictably in response to floods. Multivariate ordinations showed that faunal composition diverged across the waterbodies during stable periods, reflecting differential species sorting across the lateral gradient, but converged again after floods. Stable hydrological periods allowed communities to assemble deterministically with prevalence of non-random beta-diversity and co-occurrence patterns and larger proportion of compositional variation explained by local abiotic features. These signals of deterministic processes clearly declined after flooding events. This occurred despite no apparent evidence of flood-induced homogenisation of habitat conditions. This study is among the first to examine the annual dynamic of aquatic assemblages across a hydrologic connectivity gradient in a natural floodplain. Results highlight how biodiversity can exhibit complex relations with hydrologic connectivity. However, appraisal of the assembly mechanisms through time indicated that flooding shifted the balance from deterministic species sorting across floodplain habitats, towards stochastic processes related to organisms redistribution and the likely resetting of assembly to earlier stages.