Distribution shifts in habitat suitability and hotspot refugia of Andean tree species from the last glacial maximum to the Anthropocene

ABSTRACT

Forecasting the effects of climate change on the distribution of Andean trees (Polylepis, Rosaceae) is important to understand how species respond to climate variability and to assess their resilience to the ongoing climate crisis. Here, paleodistribution modelling is used to assess distribution shifts of 17 Polylepis species during the Last Glacial Maximum (LGM), mid-Holocene (MH), and the Anthropocene in the central Andes. Species distribution models (SDMs) were computed by combining presence records and current climatic conditions using Maxent and projected onto three climatic scenarios for the LGM (~22,000 yr BP), the MH (~6,000 yr BP), and the Anthropocene (1,970–2,000). Subsequently, current refugia hotspots were identified by intersecting suitable habitat over the LGM, MH, and anthropogenic conditions for all the studied species. SDMs for the LGM and MH showed a contraction of climate suitable habitat for most of the species in comparison to the Anthropocene. Four current refugia hotspots were identified: central Cordillera of Peru, Lake Titicaca basin, western Cordillera of Bolivia, and northern Chile. In general, SDMs were consistent with patterns proposed with pollen records, and partially with available phylogeographic studies. Current hotspots are highly important areas for the conservation of Polylepis and associated biota. This study assists in understanding distribution shifts over millennia of Andean tree species in response to climate change and identifying key conservation areas for the delineation of future conservation strategies.

RESUMEN

La predicción de los efectos del cambio climático en la distribución de los árboles andinos es importante para comprender cómo responden las especies a la variabilidad climática y evaluar su resiliencia a la crisis climática en curso. Aquí, modelamiento de paleodistribución se utiliza para evaluar cambios en la distribución de 17 especies de Polylepis (Rosaceae) durante el Último Máximo Glacial (UMG), el Holoceno medio (HM) y el Antropoceno en los Andes centrales. Los modelos de distribución de especies (MDS) se calcularon combinando registros de presencia y condiciones climáticas actuales utilizando Maxent, y fueron proyectados a tres escenarios climáticos para el LGM (~ 22,000 años BP), el HM (~ 6,000 años BP) y el Antropoceno (1,970-2,000). Subsecuentemente, se identificó refugios climáticos intersectando el hábitat durante el LGM, HM y las condiciones actuales para todas las especies estudiadas. Los SDMs para LGM y HM mostraron una reducción del hábitat climático para la mayoría de las especies en comparación con el Antropoceno. Se identificaron cuatro zonas de refugio actuales: la Cordillera central del Perú, la cuenca del Lago Titicaca, la Cordillera Occidental de Bolivia y el norte de Chile. En general, los SDMs fueron consistentes con los patrones propuestos con registros de polen, y parcialmente con los estudios filogeográficos disponibles. Los refugios climáticos actuales son áreas muy importantes para la conservación de los bosques de Polylepis y la biota asociada. Este estudio ayuda a comprender los cambios de distribución durante milenios de las especies de árboles andinas en respuesta al cambio climático y a identificar áreas prioritarias para la conservación para la delimitación de estrategias de conservación futuras.

KEYWORDS:

• Climate refugia
• habitat suitability models
• niche modeling
• Polylepis

Acknowledgments

We thank the Missouri Botanical Garden, Herbario Nacional de Bolivia, and the Herbario del Sur for providing access to plant collections. Stephan Beck, Rosa Isela Meneses, Martha Serrano, and Isabel Gomez for the logistic support. Sarah Ivory provided valuable comments and reviewed preliminary versions of the manuscript. This work was supported by the International Foundation of Science (IFS) under Grant D-4839-2.

Disclosure statement

No potential conflict of interest was reported by the author(s).

Author contributions

AID conceived and designed the study. AID and JMC analyzed the data and wrote the manuscript.

Additional information

Funding

This work was supported by the International Science Foundation [D-4839-2].