▪ Abstract The latitudinal gradient of decreasing richness from tropical to extratropical areas is ecology's longest recognized pattern. Nonetheless, notable exceptions to the general pattern exist, and it is well recognized that patterns may be dependent on characteristics of spatial scale and taxonomic hierarchy. We conducted an extensive survey of the literature and provide a synthetic assessment of the degree to which variation in patterns (positive linear, negative linear, modal, or nonsignificant) is a consequence of characteristics of scale (extent or focus) or taxon. In addition, we considered latitudinal gradients with respect to generic and familial richness, as well as species evenness and diversity. We provide a classification of the over 30 hypotheses advanced to account for the latitudinal gradient, and we discuss seven hypotheses with most promise for advancing ecological, biogeographic, and evolutionary understanding. We conclude with a forward-looking synthesis and list of fertile areas for future research.

Understanding the relationship between species richness and productivity is fundamental to the management and preservation of biodiversity. Yet despite years of study and intense theoretical interest, this relationship remains controversial. Here, we present the results of a literature survey in which we examined the relationship between species richness and productivity in 171 published studies. We extracted the raw data from published tables and graphs and subjected these data to a standardized analysis, using ordinary least-squares (OLS) regression and generalized linear-model (GLIM) regression to test for significant positive, negative, or curvilinear relationships between productivity and species diversity. If the relationship was curvilinear, we tested whether the maximum (or minimum) of the curve occurred within the range of productivity values observed (i.e., was there evidence of a hump?). A meta-analysis conducted on the distribution of standardized quadratic regression coefficients showed that the average quadratic coefficient was negative (i.e., the average species richness–productivity relationship was curvilinear and decelerating), and that the distribution of standardized quadratic regression coefficients was significantly heterogeneous (i.e., the studies did not sample the same underlying species richness–productivity relationship). Looking more closely at the patterns of productivity–diversity relationships, we found that, for vascular plants at geographical scales smaller than continents, hump-shaped relationships occurred most frequently (41–45% of all studies). A positive relationship between productivity and species richness was the next most common pattern, and positive and hump-shaped relationships co-dominated at the continental scale. For animals, positive, negative, and hump-shaped patterns were common at most geographical scales, and no one pattern predominated. For both plants and animals, hump-shaped curves were relatively more common in studies that crossed community boundaries compared to studies conducted within a community type, and plant studies that crossed community types tended to span a greater range of productivity compared to studies within community types. Sample size and plot size did not affect the probability of finding a particular productivity–diversity relationship (e.g., positive, hump-shaped, etc.). However, hump-shaped curves were especially common (65%) in studies of plant diversity that used plant biomass as a measure of productivity, and in studies conducted in aquatic systems.

▪ Abstract Recent overviews have suggested that the relationship between species richness and productivity (rate of conversion of resources to biomass per unit area per unit time) is unimodal (hump-shaped). Most agree that productivity affects species richness at large scales, but unanimity is less regarding underlying mechanisms. Recent studies have examined the possibility that variation in species richness within communities may influence productivity, leading to an exploration of the relative effect of alterations in species number per se as contrasted to the addition of productive species. Reviews of the literature concerning deserts, boreal forests, tropical forests, lakes, and wetlands lead to the conclusion that extant data are insufficient to conclusively resolve the relationship between diversity and productivity, or that patterns are variable with mechanisms equally varied and complex. A more comprehensive survey of the ecological literature uncovered approximately 200 relationships, of which 30% were unimodal, 26% were positive linear, 12% were negative linear, and 32% were not significant. Categorization of studies with respect to geographic extent, ecological extent, taxonomic hierarchy, or energetic basis of productivity similarly yielded a heterogeneous distribution of relationships. Theoretical and empirical approaches increasingly suggest scale-dependence in the relationship between species richness and productivity; consequently, synthetic understanding may be contingent on explicit considerations of scale in analytical studies of productivity and diversity.

Evaluating the biodiversity of microbial communities remains an elusive task because of taxonomic and methodological difficulties. An alternative approach is to examine components of biodiversity for which there exists a reasonable chance of detecting patterns that are biologically meaningful. One such alternative is functional diversity. We propose a procedure based on the Biolog identification system to quickly, effectively, and inexpensively assess aspects of the functional diversity of microbial communities. The numbers and types of substrates utilized by bacterial communities, as well as the levels of activities on various substrates and patterns of temporal development, constitute an information-rich data set from which to assess functional diversity. Data from six plant communities (black grama grassland. Sporobolus grassland, creosotebush bajada, herbaceous bajada, mesquite-playa fringe, and playa grassland) located along an elevational and moisture gradient at the Jornada Long-Term Ecological Research site in the northern Chihuahuan Desert, are analyzed to illustrate the procedure and its relevance to biodiversity. Our analyses demonstrate that the Biolog system can detect considerable variation in the ability of microbial communities to metabolize different carbon compounds. Variation in substrate use was compartmentalized differently along the moisture gradient. Differences in functional diversity were dependent upon the class of carbon sources (guild-specific results). A multifaceted approach to biodiversity that comprises both functional and taxonomic perspectives represents fertile ground for future research endeavors.

Climate is a driver of biotic systems. It affects individual fitness, population dynamics, distribution and abundance of species, and ecosystem structure and function. Regional variation in climatic regimes creates selective pressures for the evolution of locally adapted physiologies, morphological adaptations (e.g., color patterns, surface textures, body shapes and sizes), and behavioral adaptations (e.g., foraging strategies and breeding systems). In the absence of humans, broad-scale, long-term consequences of climatic warming on wild organisms are generally predictable. Evidence from Pleistocene glaciations indicates that most species responded ecologically by shifting their ranges poleward and upward in elevation, rather than evolutionary through local adaptation (e.g., morphological changes). But these broad patterns tell us little about the relative importance of gradual climatic trends as compared to extreme weather events in shaping these processes. Here, evidence is brought forward that extreme weather events can be implicated as mechanistic drivers of broad ecological responses to climatic trends. They are, therefore, essential to include in predictive biological models, such as doubled CO2 scenarios.

Thorough censuses have been made of breeding birds on islands in Pymatuning Lake, a reservoir at the Pennsylvania—Ohio border. Analysis of the censuses yields the conclusion that for these islands the variation of the number of resident avian species with island size is that which one would expect if the birds were distributed randomly, with the probability of a breeding pair residing on an island proportional to the area of the island and independent of the presence of other pairs. This type of random placement of individuals can yield species—area relations which differ from those commonly employed for analysis of biogeographic data.

Abstract Understanding how multi-scale host heterogeneity affects viral community assembly can illuminate ecological drivers of infection and host-switching. Yet, such studies are hindered by imperfect viral detection. To address this issue, we used a community occupancy model – refashioned for the hierarchical nature of molecular-detection methods – to account for failed detection when examining how individual-level host traits affect herpesvirus richness in eight species of wild bats. We then used model predictions to examine the role of host sex and species identity on viral diversity at the levels of host individual, population, and community. Results demonstrate that cPCR and viral sequencing failed to perfectly detect viral presence. Nevertheless, model estimates correcting for imperfect detection show that reproductively active bats, especially reproductively active females, have significantly higher viral richness, and host sex and species identity interact to affect viral richness. Further, host sex significantly affects viral turnover across host populations, as females host more heterogeneous viral communities than do males. Results suggest models of viral ecology benefit from integration of multi-scale host factors, with implications for bat conservation and epidemiology. Furthermore, by accounting for imperfect detection in laboratory assays, we demonstrate how statistical models developed for other purposes hold promising possibilities for molecular and epidemiological applications.

Microbiomes perform vital functions for their mammalian hosts, making them potential drivers of host evolution. Understanding effects of environmental factors and host characteristics on the composition and biodiversity of microbiomes may provide novel insights into the origin and maintenance of these symbiotic relationships. Our goals were to (1) characterize biodiversity of oral and rectal microbiomes of bats in Puerto Rico; and (2) determine the effects of geographic location and host characteristics on that biodiversity. We collected bats and their microbiomes from 3 sites, and used 4 metrics (species richness, Shannon diversity, Camargo evenness, Berger-Parker dominance) to characterize biodiversity. We evaluated the relative importance of site, host sex, host species identity, and host foraging guild on microbiome biodiversity. Microbiome biodiversity was highly variable among conspecifics. Geographical location exhibited consistent effects, whereas host sex did not do so. Within each host guild, host species exhibited consistent differences in oral and rectal microbiome biodiversity. Oral microbiome biodiversity was indistinguishable between guilds, whereas rectal microbiome biodiversity was significantly greater in carnivores than in herbivores. The high intraspecific and spatial variation in microbiome biodiversity necessitate a large number of samples to isolate the effects of environmental or host characteristics on microbiomes. Species-specific biodiversity of oral microbiomes suggests these communities are structured by direct interactions with the host immune system via epithelial receptors. In contrast, the number of microbial taxa that a host gut supports may be contingent on the number and kinds of functions a host requires of its microbiome.

Because biodiversity is increasingly threatened by habitat destruction and climate change, conservation agencies face challenges associated with an uncertain future. In addition to changes associated with climate and land use, parrots are threatened by hunting and capture for the pet trade, making them the most at-risk order of birds in the world. Parrots provide key ecosystem services, but remain understudied compared to other major bird orders despite their high extinction risk and ecological importance. Species richness is often used to identify high priority areas for conserving biodiversity. By definition, richness considers all species to be equally different. However, ongoing research emphasizes the importance of incorporating ecological functions (functional diversity) or evolutionary relationships (phylogenetic diversity) to more fully understand patterns of biodiversity, suggesting that using functional and phylogenetic information could improve conservation strategies. These distinctions among dimensions of biodiversity are important, because (1) areas of high species richness do not always represent areas of high functional or phylogenetic diversity, and (2) functional or phylogenetic diversity may better predict ecosystem function and evolutionary potential, which are essential for effective long-term conservation policy and management. Our objective was to create a framework for identifying areas of high species richness, functional diversity, and phylogenetic diversity within the global distribution of parrots We combined species richness, functional diversity, and phylogenetic diversity into an Integrated Biodiversity Index (IBI) to identify global biodiversity hotspots for parrots. We found important spatial mismatches among dimensions, which demonstrate that species richness is not always an effective proxy for other dimensions of parrot biodiversity. The IBI is an integrative and flexible index that can incorporate multiple dimensions of biodiversity, resulting in an intuitive and more direct way of assessing comprehensive goals in conservation planning (i.e., healthy ecosystem functioning and climate change resilience).

Aim: The incorporation of functional and phylogenetic information is necessary to comprehensively characterize spatial patterns of biodiversity and to evaluate the relative importance of ecological and evolutionary mechanisms in molding such patterns. We evaluated the relative importance of mechanisms that shape passerine biodiversity along an extensive elevational gradient. Location: Manu Biosphere Reserve in the Peruvian Andes. Taxon: Songbirds (order Passeriformes). Methods: We quantified elevational gradients of species richness, phylogenetic biodiversity, and functional biodiversity for all passerines as well as separately for suboscines and oscines; determined if phylogenetic or functional biodiversity was consistent with random selection or if there was evidence of particular mechanisms dominating community assembly; and compared patterns for each dimension of biodiversity for the two suborders. Results: For all passerines and for suboscines, species richness decreased in a saturating fashion, phylogenetic biodiversity declined linearly, and functional biodiversity was stochastic along the elevation gradient. For oscines, species richness and phylogenetic biodiversity decreased linearly, and functional biodiversity decreased in a saturating fashion. Main conclusions: Elevational gradients of biodiversity at Manu result from a combination of adaptations associated with radiations that occurred elsewhere (suboscines in Amazonian lowlands, oscines in colder climes of North America) and an in situ radiation in the Andes (tanagers). Our results suggest a combination of temperature-related physiological constraints and a reduction in functional redundancy associated with decreasing resource abundance at higher elevations molded the passerine assemblages along this elevational gradient. Explicit consideration of historical biogeography and conservatism of ancestral niches is necessary to comprehensively understand the mechanisms that mold gradients of biodiversity.