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 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.

Abstract Niche construction is the process through which organisms modify environmental states in ways favourable to their own fitness. Here, we test experimentally whether scleractinian corals can be considered niche constructors. In particular, we demonstrate a positive feedback involved in corals building structures which facilitate recruitment. Coral larval recruitment is a key process for coral reef persistence. Larvae require low flow conditions to settle from the plankton, and hence the presence of colony structures that can break the flow is expected to facilitate coral recruitment. Here, we show an increase in settler presence on artificial tiles deployed in the field along a gradient of coral-built structural complexity. Structural complexity had a positive effect on settlement, with an increase of 15,71% of settler presence probability along the range of structural complexity considered. This result provides evidence that coral built structural complexity creates conditions that facilitate coral settlement, while demonstrating that corals meet the criteria for ecological niche construction.

Abstract As on land, oceans exhibit high temporal and spatial temperature variation. This “ocean weather” contributes to the physiological and ecological processes that ultimately determine the patterns of species distribution and abundance, yet is often unrecognized, especially in tropical oceans. Here, we tested the paradigm of temperature stability in shallow waters (<12.5 m) across different zones of latitude. We collated hundreds of in situ, high temporal-frequency ocean temperature time series globally to produce an intuitive measure of temperature variability, ranging in scale from quarter-diurnal to annual time spans. To estimate organismal sensitivity of ectotherms (i.e. microbes, algae, and animals whose body temperatures depend upon ocean temperature), we computed the corresponding range of biological rates (such as metabolic rate or photosynthesis) for each time span, assuming an exponential relationship. We found that subtropical regions had the broadest temperature ranges at time spans equal to or shorter than a month, while temperate and tropical systems both exhibited narrow (i.e. stable) short-term temperature range estimates. However, temperature-dependent biological rates in tropical regions displayed greater ranges than in temperate systems. Hence, our results suggest that tropical ectotherms may be relatively more sensitive to short-term thermal variability. We also highlight previously unexplained macroecological patterns that may be underpinned by short-term temperature variability.

Structurally complex habitats tend to contain more species and higher total abundances than simple habitats. This ecological paradigm is grounded in first principles: species richness scales with area, and surface area and niche density increase with three-dimensional complexity. Here we present a geometric basis for surface habitats that unifies ecosystems and spatial scales. The theory is framed by fundamental geometric constraints among three structure descriptors (surface height, rugosity and fractal dimension) and explains 98% of surface variation in a structurally complex test system: coral reefs. We then show how coral biodiversity metrics vary over the theoretical structure descriptor plane, demonstrating the value of the new theory for predicting the consequences of natural and human modifications of surface structure.

Abstract The process of coral recruitment is crucial to the functioning of coral reef ecosystems, as well as recovery of coral assemblages following disturbances. Fishes can be key mediators of this process by removing benthic competitors like algae, but their foraging impacts are capable of being facilitative or harmful to coral recruits depending on species traits. Reef fish assemblages are highly diverse in foraging strategies and the relationship between this diversity with coral settlement and recruitment success remains poorly understood. Here, we investigate how foraging trait diversity of reef fish assemblages covaries with coral settlement and recruitment success across multiple sites at Lizard Island, Great Barrier Reef. Using a multi-model inference approach incorporating six metrics of fish assemblage foraging diversity (foraging rates, trait richness, trait evenness, trait divergence, herbivore abundance, and sessile invertivore abundance), we found that herbivore abundance was positively related to both coral settlement and recruitment success. However, the correlation with herbivore abundance was not as strong in comparison with foraging trait diversity metrics. Coral settlement and recruitment exhibited a negative relationship with foraging trait diversity, especially with trait divergence and richness in settlement. Our findings provide further evidence that fish play a role in making benthic habitats more conducive for coral settlement and recruitment. Because of their ability to shape the reef benthos, the variation of fish biodiversity is likely to contribute to spatially uneven patterns of coral recruitment and reef recovery.