There is mounting evidence of species redistribution as climate warms. Yet, our knowledge of the coupling between species range shifts and isotherm shifts remains limited. Here, we introduce BioShifts—a global geo-database of 30,534 range shifts. Despite a spatial imbalance towards the most developed regions of the Northern Hemisphere and a taxonomic bias towards the most charismatic animals and plants of the planet, data show that marine species are better at tracking isotherm shifts, and move towards the pole six times faster than terrestrial species. More specifically, we find that marine species closely track shifting isotherms in warm and relatively undisturbed waters (for example, the Central Pacific Basin) or in cold waters subject to high human pressures (for example, the North Sea). On land, human activities impede the capacity of terrestrial species to track isotherm shifts in latitude, with some species shifting in the opposite direction to isotherms. Along elevational gradients, species follow the direction of isotherm shifts but at a pace that is much slower than expected, especially in areas with warm climates. Our results suggest that terrestrial species are lagging behind shifting isotherms more than marine species, which is probably related to the interplay between the wider thermal safety margin of terrestrial versus marine species and the more constrained physical environment for dispersal in terrestrial versus marine habitats. Compiling a global geo-database of >30,000 range shifts, the authors show that marine species closely track shifting isotherms, whereas terrestrial species lag behind, probably due to wider thermal safety margins and movement constraints imposed by human activities.

Despite mounting evidence of species redistribution as climate warms, our knowledge of the coupling between species range shifts and isotherm shifts is limited. Compiling a global geo-database of 30,534 range shifts from 12,415 taxa, we show that only marine taxa closely track the shifting isotherms. In the oceans, the velocity of isotherm shifts interacts synergistically with anthropogenic disturbances and baseline temperatures such that isotherm tracking by marine life happens either in warm and undisturbed waters (e.g. Central Pacific Basin) or in colder waters where human activities are more pronounced (e.g. North Sea). On lands, increasing anthropogenic activities and temperatures negatively impact the capacity of terrestrial taxa to track isotherm shifts in latitude and elevation, respectively. This suggests that terrestrial taxa are lagging behind the shifting isotherms, most likely due to their wider thermal safety margin, more constrained physical environment for dispersal and higher availability of thermal microrefugia at shorter distances.

Community reshuffling is lagging behind climate warming for many taxa, thereby generating a climatic debt. However, only few studies have attempted to assess the underlying factors that explain this debt, and none has gone further to explore this issue from a biogeographical perspective. Here I examine how effects of species′ migration and persistence on the current climatic debt vary spatially in forest herbaceous communities throughout the French territory. I show that Mediterranean communities are responding to climate warming through both high species′ migration and persistence effects, while alpine forest is the only ecosystem where species′ migration overtakes species′ persistence mechanisms. Such an approach seems promising in assessing the underlying mechanisms of the biodiversity response to climate change locally, and it can be applied for conservation issues to assess biodiversity sensitivity and optimize its management.

1. Nitrogen (N) is a key nutrient elements for ecosystems which has been highly impacted by human development and activities since the early 20th century. Despite that changes in N-availability have been demonstrated to impact forests, we still miss evidence of its effect on species composition over the long-term. 2. Based on a large number of floristic observations (n = 45 604), the French forest status related to soil N-availability was reconstructed from herb species assemblage between 1910 and 2010 using both a bioindication approach and a spatiotemporal sampling aiming to pair past and recent floristic observations. 3. We showed that soil N content bioindicated from forest herb communities was higher at the start of the 20th century than over the 2005-2010 period. It decreased more or less continuously until 1975 and 2005 in coniferous (mean ΔC:N=+0.79) and broadleaved (mean ΔC:N=+0.74) forests, respectively, and then was lower than the most recent bioindicated N level observed over the 2005-2010 period (mean ΔC:N=-0.10 and -0.16, respectively). Spatial analysis confirmed the temporal trends with a decrease and increase in forest surface areas where soil N impoverishment and enrichment have been bioindicated over the time, respectively. 4. N bioindicated trends are opposite to changes in N atmospheric deposition compared the 2005-2010 period, while they follow temporal variation in mean N deposition until 1990. Synthesis. Our results showed that forest herb communities have been reshuffled in regards of their soil N requirements over the 20th century highlighting that temporal changes in soil N supply have impacted the understory species composition of forest. We evidenced changes in communities towards less nitrophilous plant assemblage followed by a recent eutrophication since 2005. We propose that the nitrogen forest vegetation status is likely related to N atmospheric deposition trend, but also to both acidification, climate change and forestry management which impacted organic matter decomposition and soil N mineralization through effects on soil microbial and fauna activities. The current eutrophication observed in forest herb communities is worrisome for temperate forest ecosystem and its functioning in regards of biodiversity homogenization which often accompanied such a community reshuffling.