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Keywords:

  • climate change;
  • geographic range;
  • local adaptation;
  • Panax;
  • plant demography
  • adaptación local;
  • cambio climático;
  • demografía de plantas;
  • Panax;
  • rango geográfico

Abstract: Bioclimatic envelope models of species’ responses to climate change are used to predict how species will respond to increasing temperatures. These models are frequently based on the assumption that the northern and southern boundaries of a species’ range define its thermal niche. However, this assumption may be violated if populations are adapted to local temperature regimes and have evolved population-specific thermal optima. Considering the prevalence of local adaptation, the assumption of a species-wide thermal optimum may be violated for many species. We used spatially and temporally extensive demographic data for American ginseng (Panax quinquefolius L.) to examine range-wide variation in response of population growth rate (λ) to climatic factors. Our results suggest adaptation to local temperature, but not precipitation. For each population, λ was maximized when annual temperatures were similar to site-specific, long-term mean temperatures. Populations from disparate climatic zones responded differently to temperature variation, and there was a linear relation between population-level thermal optima and the 30-year mean temperature at each site. For species that are locally adapted to temperature, bioclimatic envelope models may underestimate the extent to which increasing temperatures will decrease population growth rate. Because any directional change from long-term mean temperatures will decrease population growth rates, all populations throughout a species’ range will be adversely affected by temperature increase, not just populations at southern and low-elevation boundaries. Additionally, when a species’ local thermal niche is narrower than its range-wide thermal niche, a smaller temperature increase than would be predicted by bioclimatic envelope approaches may be sufficient to decrease population growth.

Resumen: Los modelos bioclimáticos de las respuestas de especies al cambio climático son utilizados para predecir cómo responderán las especies al incremento de temperatura. Estos modelos frecuentemente se basan en la suposición de que los límites norteños y sureños del rango de una especie definen su nicho térmico. Sin embargo, esta suposición puede ser violada si las poblaciones están adaptadas a regímenes de temperatura locales y han evolucionado un óptimo térmico específico de cada población. Considerando la prevalencia de la adaptación local, la suposición de un óptimo térmico para la especie puede ser violada para muchas especies. Utilizamos datos extensivos, espacial y temporalmente, del ginseng americano (Panax quinquefolius L.) para examinar la variación en el rango de distribución como respuesta de la tasa de crecimiento poblacional (λ) a factores climáticos. Nuestros resultados sugieren la adaptación a la temperatura local, pero no a la precipitación. Para cada población, λ fue maximizada cuando las temperaturas anuales fueron similares a las temperaturas promedio a largo plazo, específicas de cada sitio. Las poblaciones en distintas zonas climáticas respondieron de manera diferente a la variación en la temperatura, y hubo una relación lineal entre el óptimo térmico a nivel poblacional y la temperatura promedio de 30 años en cada sitio. Para especies que están adaptadas localmente a la temperatura, los modelos bioclimáticos pueden subestimar el grado en que el incremento de la temperatura disminuya la tasa de crecimiento poblacional. Debido a que cualquier cambio direccional de las temperaturas promedio a largo plazo disminuirá las tasas de crecimiento poblacional, todas las poblaciones en el rango de distribución de la especie serán afectadas adversamente por el incremento en la temperatura, no solo las poblaciones en los límites sureños y con baja elevación. Adicionalmente, cuando el nicho térmico local de una especie es más angosto que su nicho termal amplio, se podría pronosticar un pequeño incremento de la temperatura mediante métodos bioclimáticos que sea suficiente para disminuir el crecimiento poblacional.