Abstract Environmental DNA ( eDNA ) metabarcoding is increasingly used to study the present and past biodiversity. eDNA analyses often rely on amplification of very small quantities or degraded DNA. To avoid missing detection of taxa that are actually present (false negatives), multiple extractions and amplifications of the same samples are often performed. However, the level of replication needed for reliable estimates of the presence/absence patterns remains an unaddressed topic. Furthermore, degraded DNA and PCR/sequencing errors might produce false positives. We used simulations and empirical data to evaluate the level of replication required for accurate detection of targeted taxa in different contexts and to assess the performance of methods used to reduce the risk of false detections. Furthermore, we evaluated whether statistical approaches developed to estimate occupancy in the presence of observational errors can successfully estimate true prevalence, detection probability and false‐positive rates. Replications reduced the rate of false negatives; the optimal level of replication was strongly dependent on the detection probability of taxa. Occupancy models successfully estimated true prevalence, detection probability and false‐positive rates, but their performance increased with the number of replicates. At least eight PCR replicates should be performed if detection probability is not high, such as in ancient DNA studies. Multiple DNA extractions from the same sample yielded consistent results; in some cases, collecting multiple samples from the same locality allowed detecting more species. The optimal level of replication for accurate species detection strongly varies among studies and could be explicitly estimated to improve the reliability of results.

The reconstruction of human-driven, Earth-shaping dynamics is important for understanding past human/environment interactions and for helping human societies that currently face global changes. However, it is often challenging to distinguish the effects of the climate from human activities on environmental changes. Here we evaluate an approach based on DNA metabarcoding used on lake sediments to provide the first high-resolution reconstruction of plant cover and livestock farming history since the Neolithic Period. By comparing these data with a previous reconstruction of erosive event frequency, we show that the most intense erosion period was caused by deforestation and overgrazing by sheep and cowherds during the Late Iron Age and Roman Period. Tracking plants and domestic mammals using lake sediment DNA (lake sedDNA) is a new, promising method for tracing past human practices, and it provides a new outlook of the effects of anthropogenic factors on landscape-scale changes. Humans have influenced the shaping of the landscape for generations, yet disentangling these influences from those of climate is a challenge. Giguet-Covex et al.take the novel approach of using lake sediment DNA to reconstruct a detailed picture of human land use since the Neolithic Period.

Human land use changes have altered soil erosion for millennia with extensive consequences on terrestrial and aquatic ecosystems as well as on biogeochemical cycles along the land-ocean continuum. Despite their great importance, past erosion trends have high uncertainties limiting quantitative estimates of long-term erosion dynamics. Here, we applied a new approach combining well-dated paleo-records of soil erosion from lake sediments and a spatially distributed semi-empirical model to simulate annual soil erosion in six lake watershed systems in the Northwestern Alps during the Holocene. Progressive and abrupt changes in soil erosion are detected in the six watersheds. Progressive erosion explains most of the soil exports observed during the Early to Mid-Holocene period (from 11,700 to 3000 cal. yr. BP), while transient erosion crises (i.e., periods of abrupt increase in the erosion rates spanning approximately 1000 ± 500 years) led to massive soil losses during the Late-Holocene period (from 3000 to 1000 cal. yr. BP). Our coupled approach of proxy-model reconstruction shows that the transient erosion crises represent the half of the total soil erosion exports during the Holocene. These estimates defy current representations of large-scale soil erosion during the Holocene that do not consider transient erosion crises, hence potentially underestimating the anthropogenic perturbation of lateral fluxes and fate along the land-ocean continuum. Our results further suggest that erosion and/or land cover proxies need to be consistently integrated into model approaches when attempting to estimate past variations in mass exports from terrestrial to aquatic ecosystems over centennial to millennial timescales.

The relative influence of deterministic niche-based (i.e. abiotic conditions, biotic interactions) and stochastic-distance dependent neutral processes (i.e. demography, dispersal) in shaping communities has been extensively studied for various organisms, but is far less explored jointly across the tree of life, in particular in soil environments. Here, using a thorough DNA-based census of the whole soil biota in a large tropical forest plot, we show that soil aluminium, topography, and plant species identity are all important drivers of soil richness and community composition. Body size emerges as an important feature of the comparative ecology of the different taxa at the studied spatial scale, with microorganisms being more importantly controlled by environmental factors, while soil mesofauna rather display random spatial distribution. We infer that niche-based processes contribute differently to community assembly across trophic levels due to spatial scaling. Body size could hence help better quantifying important properties of multitrophic assemblages.