Abstract Although research on human-mediated exchanges of species has substantially intensified during the last centuries, we know surprisingly little about temporal dynamics of alien species accumulations across regions and taxa. Using a novel database of 45,813 first records of 16,926 established alien species, we show that the annual rate of first records worldwide has increased during the last 200 years, with 37% of all first records reported most recently (1970–2014). Inter-continental and inter-taxonomic variation can be largely attributed to the diaspora of European settlers in the nineteenth century and to the acceleration in trade in the twentieth century. For all taxonomic groups, the increase in numbers of alien species does not show any sign of saturation and most taxa even show increases in the rate of first records over time. This highlights that past efforts to mitigate invasions have not been effective enough to keep up with increasing globalization.

Biological invasions are a global consequence of an increasingly connected world and the rise in human population size. The numbers of invasive alien species - the subset of alien species that spread widely in areas where they are not native, affecting the environment or human livelihoods - are increasing. Synergies with other global changes are exacerbating current invasions and facilitating new ones, thereby escalating the extent and impacts of invaders. Invasions have complex and often immense long-term direct and indirect impacts. In many cases, such impacts become apparent or problematic only when invaders are well established and have large ranges. Invasive alien species break down biogeographic realms, affect native species richness and abundance, increase the risk of native species extinction, affect the genetic composition of native populations, change native animal behaviour, alter phylogenetic diversity across communities, and modify trophic networks. Many invasive alien species also change ecosystem functioning and the delivery of ecosystem services by altering nutrient and contaminant cycling, hydrology, habitat structure, and disturbance regimes. These biodiversity and ecosystem impacts are accelerating and will increase further in the future. Scientific evidence has identified policy strategies to reduce future invasions, but these strategies are often insufficiently implemented. For some nations, notably Australia and New Zealand, biosecurity has become a national priority. There have been long-term successes, such as eradication of rats and cats on increasingly large islands and biological control of weeds across continental areas. However, in many countries, invasions receive little attention. Improved international cooperation is crucial to reduce the impacts of invasive alien species on biodiversity, ecosystem services, and human livelihoods. Countries can strengthen their biosecurity regulations to implement and enforce more effective management strategies that should also address other global changes that interact with invasions.

A global database of alien plants, showing that over 13,000 species, nearly 4% of the global flora, have become naturalized in a new location. Human activity has facilitated the spread of alien plant species around the globe, many of which have become naturalized on different continents. Mark van Kleunen et al. construct a global database of alien plant introductions, showing that more than 13,000 species — nearly 4% of the total flora — have become naturalized in a new location. North America has received the most alien plants, while the Pacific islands are accumulating them at the fastest pace, and the Northern Hemisphere is the predominant donor of alien species. All around the globe, humans have greatly altered the abiotic and biotic environment with ever-increasing speed. One defining feature of the Anthropocene epoch1,2 is the erosion of biogeographical barriers by human-mediated dispersal of species into new regions, where they can naturalize and cause ecological, economic and social damage3. So far, no comprehensive analysis of the global accumulation and exchange of alien plant species between continents has been performed, primarily because of a lack of data. Here we bridge this knowledge gap by using a unique global database on the occurrences of naturalized alien plant species in 481 mainland and 362 island regions. In total, 13,168 plant species, corresponding to 3.9% of the extant global vascular flora, or approximately the size of the native European flora, have become naturalized somewhere on the globe as a result of human activity. North America has accumulated the largest number of naturalized species, whereas the Pacific Islands show the fastest increase in species numbers with respect to their land area. Continents in the Northern Hemisphere have been the major donors of naturalized alien species to all other continents. Our results quantify for the first time the extent of plant naturalizations worldwide, and illustrate the urgent need for globally integrated efforts to control, manage and understand the spread of alien species.

Species moved by human activities beyond the limits of their native geographic ranges into areas in which they do not naturally occur (termed aliens) can cause a broad range of significant changes to recipient ecosystems; however, their impacts vary greatly across species and the ecosystems into which they are introduced. There is therefore a critical need for a standardised method to evaluate, compare, and eventually predict the magnitudes of these different impacts. Here, we propose a straightforward system for classifying alien species according to the magnitude of their environmental impacts, based on the mechanisms of impact used to code species in the International Union for Conservation of Nature (IUCN) Global Invasive Species Database, which are presented here for the first time. The classification system uses five semi-quantitative scenarios describing impacts under each mechanism to assign species to different levels of impact—ranging from Minimal to Massive—with assignment corresponding to the highest level of deleterious impact associated with any of the mechanisms. The scheme also includes categories for species that are Not Evaluated, have No Alien Population, or are Data Deficient, and a method for assigning uncertainty to all the classifications. We show how this classification system is applicable at different levels of ecological complexity and different spatial and temporal scales, and embraces existing impact metrics. In fact, the scheme is analogous to the already widely adopted and accepted Red List approach to categorising extinction risk, and so could conceivably be readily integrated with existing practices and policies in many regions.

The accelerating rates of international trade, travel, and transport in the latter half of the twentieth century have led to the progressive mixing of biota from across the world and the number of species introduced to new regions continues to increase. The importance of biogeographic, climatic, economic, and demographic factors as drivers of this trend is increasingly being realized but as yet there is no consensus regarding their relative importance. Whereas little may be done to mitigate the effects of geography and climate on invasions, a wider range of options may exist to moderate the impacts of economic and demographic drivers. Here we use the most recent data available from Europe to partition between macroecological, economic, and demographic variables the variation in alien species richness of bryophytes, fungi, vascular plants, terrestrial insects, aquatic invertebrates, fish, amphibians, reptiles, birds, and mammals. Only national wealth and human population density were statistically significant predictors in the majority of models when analyzed jointly with climate, geography, and land cover. The economic and demographic variables reflect the intensity of human activities and integrate the effect of factors that directly determine the outcome of invasion such as propagule pressure, pathways of introduction, eutrophication, and the intensity of anthropogenic disturbance. The strong influence of economic and demographic variables on the levels of invasion by alien species demonstrates that future solutions to the problem of biological invasions at a national scale lie in mitigating the negative environmental consequences of human activities that generate wealth and by promoting more sustainable population growth.

Significance Our ability to predict the identity of future invasive alien species is largely based upon knowledge of prior invasion history. Emerging alien species—those never before encountered as aliens—therefore pose a significant challenge to biosecurity interventions worldwide. Using a global database of the first regional records of alien species covering the years 1500–2005 we detected a surprisingly high proportion of species in recent records that have never been recorded as alien before. The high proportion of these emerging alien species mainly resulted from the increased accessibility of new source species pools in the native range. Risk assessment approaches that rely less on invasion history will need to be prioritized.

An understanding of risks to biodiversity is needed for planning action to slow current rates of decline and secure ecosystem services for future human use. Although the IUCN Red List criteria provide an effective assessment protocol for species, a standard global assessment of risks to higher levels of biodiversity is currently limited. In 2008, IUCN initiated development of risk assessment criteria to support a global Red List of ecosystems. We present a new conceptual model for ecosystem risk assessment founded on a synthesis of relevant ecological theories. To support the model, we review key elements of ecosystem definition and introduce the concept of ecosystem collapse, an analogue of species extinction. The model identifies four distributional and functional symptoms of ecosystem risk as a basis for assessment criteria: A) rates of decline in ecosystem distribution; B) restricted distributions with continuing declines or threats; C) rates of environmental (abiotic) degradation; and D) rates of disruption to biotic processes. A fifth criterion, E) quantitative estimates of the risk of ecosystem collapse, enables integrated assessment of multiple processes and provides a conceptual anchor for the other criteria. We present the theoretical rationale for the construction and interpretation of each criterion. The assessment protocol and threat categories mirror those of the IUCN Red List of species. A trial of the protocol on terrestrial, subterranean, freshwater and marine ecosystems from around the world shows that its concepts are workable and its outcomes are robust, that required data are available, and that results are consistent with assessments carried out by local experts and authorities. The new protocol provides a consistent, practical and theoretically grounded framework for establishing a systematic Red List of the world's ecosystems. This will complement the Red List of species and strengthen global capacity to report on and monitor the status of biodiversity.

Globalization and economic growth are widely recognized as important drivers of biological invasions. Consequently, there is an increasing need for governments to address the role of international trade in their strategies to prevent species introductions. However, many of the most problematic alien species are not recent arrivals but were introduced several decades ago. Hence, current patterns of alien-species richness may better reflect historical rather than contemporary human activities, a phenomenon which might be called “invasion debt.” Here, we show that across 10 taxonomic groups (vascular plants, bryophytes, fungi, birds, mammals, reptiles, amphibians, fish, terrestrial insects, and aquatic invertebrates) in 28 European countries, current numbers of alien species established in the wild are indeed more closely related to indicators of socioeconomic activity from the year 1900 than to those from 2000, although the majority of species introductions occurred during the second half of the 20th century. The strength of the historical signal varies among taxonomic groups, with those possessing good capabilities for dispersal (birds, insects) more strongly associated with recent socioeconomic drivers. Nevertheless, our results suggest a considerable historical legacy for the majority of the taxa analyzed. The consequences of the current high levels of socioeconomic activity on the extent of biological invasions will thus probably not be completely realized until several decades into the future.

Abstract Biological invasions have steadily increased over recent centuries. However, we still lack a clear expectation about future trends in alien species numbers. In particular, we do not know whether alien species will continue to accumulate in regional floras and faunas, or whether the pace of accumulation will decrease due to the depletion of native source pools. Here, we apply a new model to simulate future numbers of alien species based on estimated sizes of source pools and dynamics of historical invasions, assuming a continuation of processes in the future as observed in the past (a business‐as‐usual scenario). We first validated performance of different model versions by conducting a back‐casting approach, therefore fitting the model to alien species numbers until 1950 and validating predictions on trends from 1950 to 2005. In a second step, we selected the best performing model that provided the most robust predictions to project trajectories of alien species numbers until 2050. Altogether, this resulted in 3,790 stochastic simulation runs for 38 taxon–continent combinations. We provide the first quantitative projections of future trajectories of alien species numbers for seven major taxonomic groups in eight continents, accounting for variation in sampling intensity and uncertainty in projections. Overall, established alien species numbers per continent were predicted to increase from 2005 to 2050 by 36%. Particularly, strong increases were projected for Europe in absolute (+2,543 ± 237 alien species) and relative terms, followed by Temperate Asia (+1,597 ± 197), Northern America (1,484 ± 74) and Southern America (1,391 ± 258). Among individual taxonomic groups, especially strong increases were projected for invertebrates globally. Declining (but still positive) rates were projected only for Australasia. Our projections provide a first baseline for the assessment of future developments of biological invasions, which will help to inform policies to contain the spread of alien species.

Abstract The expected upward shift of trees due to climate warming is supposed to be a major threat to range‐restricted high‐altitude species by shrinking the area of their suitable habitats. Our projections show that areas of endemism of five taxonomic groups (vascular plants, snails, spiders, butterflies, and beetles) in the Austrian Alps will, on average, experience a 77% habitat loss even under the weakest climate change scenario (+1.8 °C by 2100). The amount of habitat loss is positively related with the pooled endemic species richness (species from all five taxonomic groups) and with the richness of endemic vascular plants, snails, and beetles. Owing to limited postglacial migration, hotspots of high‐altitude endemics are situated in rather low peripheral mountain chains of the Alps, which have not been glaciated during the Pleistocene. There, tree line expansion disproportionally reduces habitats of high‐altitude species. Such legacies of climate history, which may aggravate extinction risks under future climate change have to be expected for many temperate mountain ranges.