# name
Macroinvertebrate biodiversity and metacommunity dynamics in temporary rivers: fundamental aspects and insights for conservation planning

# metadata.dc.contributor.other[].value
Universitat de Barcelona. Departament de Biologia Evolutiva, Ecologia i Ciències Ambientals

# metadata.dc.description.abstract[].value
[eng] Temporary rivers (RTs) are dynamic ecosystems characterized by flow phases, disconnected ponds and dry riverbeds that alternate, creating a mosaic of habitats that change in space and time. These rivers are found all over the world and make up more than half of the global river network, with a particularly prominent presence in arid and Mediterranean climate regions. Due to their unique dynamics and fragmentation caused by drying up, the metacommunities of RTs appear to differ from the general patterns observed in permanent river networks. This divergence is attributed to the effects of drying, which alters spatial and temporal connectivity. This thesis integrates innovative methodologies, empirical studies and conservation tools to advance the understanding of spatio-temporal dynamics, the assembly of metacommunities and the conservation of biodiversity in Mediterranean RTs. Using macroinvertebrates as model organisms, this study highlights the complex interaction between hydrological connectivity, environmental variables and habitat heterogeneity. Together with various dispersal strategies, these factors shape biodiversity patterns at local and regional scales. The objective of this thesis is to deepen the understanding of the dynamics of metacommunities within a small-scale region, taking advantage of this knowledge to inform and improve the conservation and management strategies of these ecosystems. In Chapter 1, an innovative methodological framework is developed to jointly quantify the effects of drying on spatial and temporal connectivity, using data on the presence and absence of water. The resulting connectivity metrics describe hydrological dynamics over time and river networks, revealing that spatiotemporally connected sites exhibit greater richness of macroinvertebrates and less dissimilarity of communities. These metrics have a high potential to be applicable beyond RTs, offering a valuable tool for studying dynamic ecosystems in scenarios of global change. Chapter 2 explores the general patterns of macroinvertebrate diversity in the RTs studied and identifies the main factors influencing the assembly of metacommunities on a small regional scale in Mediterranean RTs. Using null models and generalized additive models (GAMs), the study finds that alpha diversity is primarily influenced by habitat heterogeneity and spatiotemporal connectivity, especially for aquatic passive dispersers. In contrast, beta diversity is configured by environmental gradients and factors related to dispersion. Active aerial dispersers are mainly structured by local environmental conditions (i.e., species sorting), while space-time connectivity is a key factor for passive aquatic dispersers (i.e., dispersal limitation). In Chapter 3, the thesis considers metapopulations and metacommunities in RTs, and investigates the effects of fragmentation on genetic and community variability. Using bulk sample metabarding, the study evaluates the intraspecific genetic diversity of the entire community and analyzes the genetic structure patterns of two species with opposite dispersal capacities (Anax imperator and Physella acuta). In addition, metacommunity patterns in alpha and beta diversity are analyzed using morphological and molecular data separately. The results show that spatio-temporal isolation can promote intraspecific variability in highly permanent and isolated sites. Both morphological and metabarcoding data reveal similar patterns in alpha and beta diversity, suggesting that drying and spatiotemporal connectivity influence the structure of metacommunities when different identification approaches are used. Chapter 4 employs mesocosm experiments and isotopic enrichment techniques to track the aerial dispersal of macroinvertebrates from disconnected ponds during the dry phase. The study finds that spatial proximity to disconnected ponds significantly influenced community structure, with dispersion gradually decreasing with distance. Airborne dispersal is detected, not only in aquatic taxa with aerial adults, but also in strictly aquatic taxa, demonstrating the role of disconnected ponds as refuges in maintaining biodiversity during the dry phase and contributing to community recovery during flow restoration. The results highlight the critical importance of maintaining disconnected ponds in RTs under future drying scenarios to preserve both local and regional biodiversity. Using seasonal data from diatoms and macroinvertebrates, the study combines beta diversity metrics (LCBD and SCBD) and prioritization tools (Marxan) to identify key conservation sites. It is shown that spatio-temporal connectivity and habitat heterogeneity are critical factors for biodiversity patterns and site prioritization. Specific recommendations are provided to promote the conservation of RTs, including monitoring along hydrological phases and stations, the combination of complementary conservation tools and the incorporation of spatio-temporal dynamics in management strategies. In addition, in relation to biodiversity conservation, this thesis documents new records of distribution of aquatic macroinvertebrates inhabiting RTs, including the first record of a plecopter specializing in ephemeral rivers (Leuctridae: Tyrrhenoleuctra) for the northeast of the Iberian Peninsula, the first record of a species of diptera (Dixidae: Dixella graeca) for continental Europe,  and numerous new records for the natural park where the research was carried out. Overall, this thesis highlights the complex ecological processes that shape biodiversity in Mediterranean RTs and provides innovative methodologies and practical recommendations for their conservation. Integrating spatio-temporal perspectives, metacommunity frameworks and advanced molecular tools, this work contributes to a more comprehensive understanding of RT ecosystems, increasingly threatened by global change.

# metadata.dc.description.abstract[].value
[cat] Els rius temporals (RTs) són ecosistemes dinàmics caracteritzats per fases de flux, basses desconnectades i lleres seques que s’alternen, creant un mosaic d’hàbitats que canvien en l’espai i en el temps. Aquests rius es troben a tot el món i constitueixen més de la meitat de la xarxa fluvial global, amb una presència particularment destacada a les regions de clima àrid i mediterrani. A causa de les seves dinàmiques úniques i de la fragmentació causada per l’assecatge, les metacomunitats dels RTs semblen diferir dels patrons generals observats en les xarxes fluvials permanents. Aquesta divergència s’atribueix als efectes de l’assecatge, que altera la connectivitat espaial i temporal. Aquesta tesi integra metodologies innovadores, estudis empírics i eines de conservació per avançar en la comprensió de les dinàmiques espacio-temporals, l’assemblatge de metacomunitats i la conservació de la biodiversitat en RTs mediterranis. Utilitzant els macroinvertebrats com a organismes model, aquest estudi posa en relleu la complexa interacció entre la connectivitat hidrològica, les variables ambientals i l’heterogeneïtat dels hàbitats. Juntament amb diverses estratègies de dispersió, aquests factors configuren els patrons de biodiversitat a escales locals i regionals. L’objectiu d’aquesta tesi és aprofundir en la comprensió de les dinàmiques de metacomunitats dins d’una regió a petita escala, aprofitant aquest coneixement per informar i millorar les estratègies de conservació i gestió d’aquests ecosistemes. Al Capítol 1, es desenvolupa un marc metodològic innovador per quantificar conjuntament els efectes de l’assecatge sobre la connectivitat espaial i temporal, utilitzant dades de presència i absència d’aigua. Les mètriques de connectivitat resultants descriuen les dinàmiques hidrològiques al llarg del temps i de les xarxes fluvials, revelant que els llocs connectats espacio-temporalment exhibeixen una major riquesa de macroinvertebrats i una menor dissimilitud de les comunitats. Aquestes mètriques tenen un elevat potencial per ser aplicables més enllà dels RTs, oferint una eina valuosa per estudiar ecosistemes dinàmics en escenaris de canvi global. El Capítol 2 explora els patrons generals de diversitat dels macroinvertebrats en els RTs estudiats i identifica els principals factors que influeixen en l’assemblatge de metacomunitats en una escala regional petita en RTs mediterranis. Utilitzant models nuls i models additius generalitzats (GAMs), l’estudi troba que la diversitat alfa està principalment influenciada per l’heterogeneïtat dels hàbitats i la connectivitat espacio-temporal, especialment per als dispersors passius aquàtics. En canvi, la diversitat beta està configurada per gradients ambientals i factors relacionats amb la dispersió. Els dispersors aeris actius estan estructurats principalment per condicions ambientals locals (és a dir, species sorting), mentre que la connectivitat espai-temporal és un factor clau pels dispersors aquàtics passius (és a dir, limitació de dispersió). Aquests resultats subratllen el paper fonamental de les estratègies de dispersió en la configuració dels patrons de biodiversitat en ecosistemes fragmentats com els RTs. Al Capítol 3, la tesi considera les metapoblacions i les metacomunitats en RTs, i investiga els efectes de la fragmentació en la variabilitat genètica i comunitària. Utilitzant bulk sample metabarcoding, l’estudi avalua la diversitat genètica intraespecífica de tota la comunitat i analitza els patrons d’estructura genètica de dues espècies amb capacitats de dispersió oposades (Anax imperator i Physella acuta). A més, els patrons de metacomunitats en diversitat alfa i beta s’analitzen utilitzant dades morfològiques i moleculars separadament. Els resultats mostren que l’aïllament espacio-temporal pot promoure la variabilitat intraespecífica en llocs altament permanents i aïllats. Tant les dades morfològiques com les de metabarcoding revelen patrons similars en diversitat alfa i beta, suggerint que l’assecatge i la connectivitat espacio-temporal influeixen en l’estructura de metacomunitats quan s’utilitzen diferents aproximacions d’identificació. El Capítol 4 empra experiments de mesocosmos i tècniques d’enriquiment isotòpic per rastrejar la dispersió aèria de macroinvertebrats des de basses desconnectades durant la fase seca. L’estudi troba que la proximitat espaial a les basses desconnectades influïa significativament en l’estructura comunitària, amb una dispersió que disminuïa gradualment amb la distància. Es detecta dispersió aèria, no només en tàxons aquàtics amb adults aeris, sinó també en tàxons estrictament aquàtics, demostrant el paper de les basses desconnectades com a refugis per mantenir la biodiversitat durant la fase seca i contribuir a la recuperació comunitària durant el restabliment del cabal. Els resultats destaquen la importància crítica de mantenir basses desconnectades en RTs sota futurs escenaris d’assecatge per preservar tant la biodiversitat local com la regional. Finalment, el Capítol 5 aborda els reptes d’integrar dinàmiques espacio-temporals en la planificació de la conservació dels RTs. Utilitzant dades estacionals de diatomees i macroinvertebrats, l’estudi combina mètriques de diversitat beta (LCBD i SCBD) i eines de priorització (Marxan) per identificar llocs clau de conservació. Es demostra que la connectivitat espacio-temporal i l’heterogeneïtat dels hàbitats són factors crítics pels patrons de biodiversitat i la priorització de llocs. Esproporcionen recomanacions específiques per promoure la conservació dels RTs, incloent el monitoratge al llarg de les fases i estacions hidrològiques, la combinació d’eines complementàries de conservació i la incorporació de dinàmiques espacio-temporals en les estratègies de gestió. A més, en relació amb la conservació de la biodiversitat, aquesta tesi documenta nous registres de distribució de macroinvertebrats aquàtics que habiten en RTs, incloent el primer registre d’un plecòpter especialista en rius efímers (Leuctridae: Tyrrhenoleuctra) per al nord-est de la Península Ibèrica, el primer registre d’una espècie de dípter (Dixidae: Dixella graeca) per a Europa continental, i nombrosos registres nous pel parc natural on es va dur a terme la investigació. En conjunt, aquesta tesi ressalta els complexos processos ecològics que configuren la biodiversitat en RTs mediterranis i proporciona metodologies innovadores i recomanacions pràctiques per a la seva conservació. Integrant perspectives espacio-temporals, marcs de metacomunitats i eines moleculars avançades, aquest treball contribueix a una comprensió més integral dels ecosistemes de RTs, cada vegada més amenaçats pel canvi global.

# metadata.dc.rights[].value
cc by-nc-nd (c) Fernández Calero, José María, 2025

# metadata.dc.title[].value
Macroinvertebrate biodiversity and metacommunity dynamics in temporary rivers: fundamental aspects and insights for conservation planning