Landscape ecology of plant–pollinator interactions in the Aegean Sea

Abstract

Pollination systems play a crucial role in global biodiversity and agroecosystem productivity, receiving worldwide research attention. Pollination networks, examined as mutualistic interactions, typically exhibit well-defined architectures with consequences for system stability. However, metrics employed to characterize network structure often capture one aspect of the architecture while ignoring topological information about species indirect interactions. Furthermore, species interactions exhibit a dynamic nature, contingent upon a crucial prerequisite for their establishment: partner co-occurrence. This suggests that neutral processes (i.e., species abundance) and functional processes (i.e., species traits) operate concurrently in shaping pollination networks. Since local conditions and landscape setting affect abundance, they should also affect species interactions, species structural roles, and network architecture. As verified partners do not interact systematically, the variability in interactions is anticipated to surpass that in species composition, thereby advancing the idea that species interactions have a biogeographical structure of their own. Moreover, the regional composition of an island species pool restricts local species compositions and their interactions to a predefined set of potential choices, thus affecting local species assemblages and their realized interactions. Nevertheless, landscape effects on pollination networks have been superficially studied, particularly the aforementioned effects, and never in the Aegean system. The present dissertation aims to fill this knowledge gap by attempting to unravel: a) how and to what extent landscape aspects, specifically composition versus configuration, drive local pollinator assemblages; b) how the local uniqueness of plants, bees, and their realized and potential interactions varies with respect to landscape setting and island identity; and c) how the surrounding landscape and distinct island characteristics affect species structural roles and shape the mesoscale architecture of pollination networks. Overall, the findings show that habitat heterogeneity supports abundant and diverse local pollinator assemblages, thereby increasing the potential for establishing further species interactions. In particular, complex-shaped patches, which are prevalent in the Aegean landscapes, enhance the interface between adjacent habitats, facilitating species fluxes among them. This substantially increases the potential for additional interactions among species, thereby resulting in more pathways of indirect interactions with consequences for species structural roles and the mesoscale architecture of networks. Moreover, because of their particular rich species assemblages, these areas harbor an exceptionally unique composition of species and their interactions that significantly differ from other communities. Finally, it is illustrated that analyzing the mesoscale organization of pollination networks, specifically motif composition, efficiently captures more network variability than other approaches. Consequently, there is considerable potential for exploring plant–pollinator interactions at this scale that remains unexplored.

Τα συστήματα επικονίασης διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην παγκόσμια βιοποικιλότητα και την παραγωγικότητα των αγροοικοσυστημάτων. Τα δίκτυα επικονίασης, ως αλληλεπιδράσεις αμοιβαιότητας, παρουσιάζουν καθολικές αρχιτεκτονικές με επιπτώσεις για την σταθερότητα του συστήματος. Ωστόσο, οι χρησιμοποιούμενες μετρικές για τον χαρακτηρισμό της δομής των δικτύων συχνά καταγράφουν μια πτυχή της αρχιτεκτονικής, αγνοώντας την τοπολογική πληροφορία των έμμεσων αλληλεπιδράσεων των ειδών. Επιπλέον, οι αλληλεπιδράσεις των ειδών παρουσιάζουν μια δυναμική φύση όπου απαιτείται η συνύπαρξη των εταίρων. Αυτό υποδηλώνει ότι ουδέτερες (δηλ., αφθονία) και λειτουργικές (δηλ., λειτουργικά χαρακτηριστικά) διεργασίες συνεργούν για τη διαμόρφωση των δικτύων επικονίασης. Δεδομένου ότι οι τοπικές συνθήκες και το τοπίο επηρεάζουν την αφθονία, θα πρέπει επίσης να επηρεάζουν τις αλληλεπιδράσεις των ειδών, τους δομικούς ρόλους των ειδών και τις αρχιτεκτονικές των δικτύων. Επιπλέον, καθώς οι επαληθευμένοι εταίροι δεν αλληλεπιδρούν συστηματικά, η μεταβλητότητα των αλληλεπιδράσεων αναμένεται να υπερβαίνει αυτήν της σύνθεσης των ειδών, προωθώντας έτσι την ιδέα ότι οι αλληλεπιδράσεις των ειδών έχουν μια δική τους βιογεωγραφική δομή. Εκτός αυτού, η σύνθεση των ειδών που απαρτίζουν την περιφερειακή δεξαμενή ενός νησιού αποτελεί έναν περιοριστικό παράγοντα προκαθορισμένων επιλογών για την τοπική σύνθεση ειδών και αλληλεπιδράσεων. Ωστόσο, οι επιδράσεις του τοπίου στα δίκτυα επικονίασης έχουν μελετηθεί επιφανειακά, ιδιαίτερα οι προαναφερθείσες διεργασίες, και ποτέ στο σύστημα του Αιγαίου. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει να καλύψει αυτό το κενό γνώσης επιχειρώντας να ξεδιαλύνει: α) πώς και σε ποιο βαθμό οι πτυχές του τοπίου, συγκεκριμένα η σύνθεση και η χωρική διαρρύθμιση των ενδιαιτημάτων, επηρεάζουν τις τοπικές συναθροίσεις των επικονιαστών, β) πώς η τοπική μοναδικότητα της σύνθεσης των φυτών, των μελισσών και των πραγματοποιημένων και των εν’ δυνάμει αλληλεπιδράσεών τους σχετίζεται με το τοπίο και την ταυτότητα του νησιού, και γ) πώς το περιβάλλον τοπίο και τα νησιωτικά χαρακτηριστικά επηρεάζουν τους δομικούς ρόλους των ειδών και διαμορφώνουν την αρχιτεκτονική στην μεσοκλίμακα των δικτύων επικονίασης. Συνολικά, τα ευρήματά δείχνουν ότι η ετερογένεια των ενδιαιτημάτων υποστηρίζει τοπικά άφθονες και ποικίλες συναθροίσεις επικονιαστών, αυξάνοντας έτσι την δυνατότητα για περαιτέρω αλληλεπιδράσεις μεταξύ των ειδών. Ειδικότερα, τα πολύπλοκου-σχήματος κατατμήματα, τα οποία είναι διαδεδομένα στα τοπία του Αιγαίου, ενισχύουν τη διεπαφή — διευκολύνοντας έτσι τη ροή των ειδών — μεταξύ των παρακείμενων ενδιαιτημάτων. Αυτό αυξάνει σημαντικά τη δυνατότητα των αλληλεπιδράσεων μεταξύ των ειδών και τα μονοπάτια έμμεσων αλληλεπιδράσεων, με συνέπειες για τους δομικούς ρόλους των ειδών και την αρχιτεκτονική μεσοκλίμακας των δικτύων. Επιπλέον, λόγω του ιδιαίτερου πλούτου των συναθροίσεων των ειδών, οι περιοχές αυτές φιλοξενούν μια εξαιρετικά μοναδική σύνθεση ειδών και αλληλεπιδράσεων που διαφέρουν σημαντικά από άλλες κοινότητες. Τέλος, καταδεικνύεται ότι η ανάλυση στην μεσοκλίμακα των δικτύων, ειδικότερα η καταγραφή της σύνθεσης των μοτίβων, αναδεικνύει περισσότερη από την μεταβλητότητα των δικτύων από ότι άλλες προσεγγίσεις. Κατά συνέπεια, υπάρχει ένα σημαντικό δυναμικό στην εξερεύνηση των αλληλεπιδράσεων φυτών-επικονιαστών σε αυτή την κλίμακα που παραμένει ανεξερεύνητο.