| Fecha: |
2026 |
| Resumen: |
L'estructura i el funcionament dels ecosistemes estan determinats per la seva composició elemental, coneguda com l'elementoma de l'ecosistema. Durant l'últim segle, l'alteració dels cicles biogeoquímics ha incrementat l'interès per estudiar la composició elemental dels organismes i dels ecosistemes sota pressions humanes, especialment pel que fa al carboni, el nitrogen i el fòsfor. Entendre els canvis a llarg termini en els elementomes requereix ampliar l'anàlisi més enllà dels darrers segles, tot i la manca de mesures directes de composició elemental. Els arxius naturals -sediments lacustres, sòls, torberes i anells d'arbres- conserven informació valuosa sobre ecosistemes passats que es pot datar cronològicament, oferint una base sòlida per reconstruir transformacions ecològiques i rastrejar l'empremta humana derivada de l'agricultura, el pasturatge o la gestió forestal. Aquesta tesi desenvolupa l'Anàlisi de Trajectòries de l'Elementoma, un enfocament que examina l'evolució temporal de les mostres en un espai multivariant definit per la seva composició elemental. El mètode s'ha aplicat a cinc registres de l'arxipèlag de les Açores, que abracen els dos darrers mil·lennis, per contrastar els resultats amb fites ecològiques prèviament identificades. Posteriorment, l'estudi s'ha ampliat a 21 registres d'illes atlàntiques, des de Svalbard fins a les Malvines, cobrint tres mil·lennis de canvis ecosistèmics. Les anàlisis es van centrar a comparar els elementomes abans i després de l'arribada humana i entre diferents períodes històrics i processos de colonització. Finalment, s'han examinat 12 llacs dels Alps europeus, que abracen vuit mil·lennis, integrant dades de composició elemental dels sediments amb reconstruccions de comunitats vegetals obtingudes a partir d'ADN antic per explorar les interaccions entre elementomes i vegetació. L'Anàlisi de Trajectòries de l'Elementoma va oferir caracteritzacions sòlides i coherents amb avaluacions paleoecològiques prèvies. A més, va permetre quantificar les trajectòries en termes de magnitud, velocitat i direcció del canvi, proporcionant una mesura de l'estabilitat ecosistèmica. A les illes atlàntiques es va observar un increment sostingut de l'erosió després de l'arribada humana, reflectit en la dominància d'elements terrígens i en taxes d'acumulació més elevades. Als Alps europeus, la introducció de bestiar durant l'Edat del Bronze va reduir la connexió entre les comunitats vegetals i els elementomes: tot i augmentar la diversitat vegetal, es van reduir les reserves de carboni i nitrogen. El treball incorpora també una innovació metodològica basada en la sonificació de dades. S'ha desenvolupat soundtraj, una eina de codi obert que tradueix els resultats gràfics de l'Anàlisi de Coordenades Principals (PCoA) en representacions auditives, permetent "escoltar" les trajectòries de l'elementoma i percebre auditivament la velocitat del canvi. En conjunt, aquest estudi demostra el potencial dels paleoelementomes -la composició elemental preservada en arxius paleoambientals- per revelar les empremtes a llarg termini de l'activitat humana i la seva influència persistent sobre la dinàmica i l'estructura dels ecosistemes. Aquest enfocament ofereix noves vies per comprendre com els elements i els ecosistemes evolucionen en el temps i vol contribuir a una paleoecologia més integrada i quantitativa. |
| Resumen: |
La estructura y el funcionamiento de los ecosistemas están determinados por su composición elemental, conocida como el elementoma del ecosistema. Durante el último siglo, la alteración de los ciclos biogeoquímicos ha incrementado el interés por estudiar la composición elemental de organismos y ecosistemas bajo presiones humanas, especialmente en relación con el carbono, el nitrógeno y el fósforo. Comprender los cambios a largo plazo en los elementomas requiere ampliar el análisis más allá de los últimos siglos, pese a la falta de mediciones directas de composición elemental. Los archivos naturales -sedimentos lacustres, suelos, turberas y anillos de árboles- conservan información valiosa sobre ecosistemas pasados que puede fecharse cronológicamente, ofreciendo una base sólida para reconstruir transformaciones ecológicas y rastrear la huella humana derivada de la agricultura, el pastoreo o la gestión forestal. En esta tesis se desarrolla el Análisis de Trayectorias del Elementoma, un enfoque que examina la evolución temporal de las muestras en un espacio multivariante definido por su composición elemental. Aplicamos este método a cinco registros del archipiélago de las Azores, abarcando los dos últimos milenios, para contrastar los resultados con hitos ecológicos previamente identificados. Posteriormente ampliamos el estudio a 21 registros de islas atlánticas, desde Svalbard hasta las Malvinas (Falklands), cubriendo tres milenios de cambios ecosistémicos. Los análisis se centraron en comparar los elementomas antes y después de la llegada humana y entre diferentes periodos históricos y procesos de colonización. Finalmente, extendimos el análisis a 12 lagos de los Alpes europeos, que abarcan ocho milenios, integrando datos de composición elemental de sedimentos con reconstrucciones de comunidades vegetales a partir de ADN antiguo, para explorar las interacciones entre elementomas y vegetación. El Análisis de Trayectorias del Elementoma proporcionó caracterizaciones sólidas y coherentes con evaluaciones paleoecológicas previas. Además, permitió cuantificar las trayectorias en términos de magnitud, velocidad y dirección del cambio, ofreciendo una medida de la estabilidad ecosistémica. En las islas atlánticas se observó un incremento sostenido de la erosión tras la llegada humana, reflejado en la dominancia de elementos terrígenos y en mayores tasas de acumulación. En los Alpes europeos, la introducción de ganado durante la Edad del Bronce redujo la conexión entre las comunidades vegetales y los elementomas: aunque aumentó la diversidad vegetal, disminuyeron las reservas de carbono y nitrógeno. El trabajo incorpora también una innovación metodológica basada en la sonificación de datos. Se desarrolló soundtraj, una herramienta de código abierto que traduce los resultados gráficos del Análisis de Coordenadas Principales (PCoA) en representaciones auditivas, permitiendo "escuchar" las trayectorias del elementoma y percibir auditivamente la velocidad de cambio, un aspecto difícil de captar visualmente. En conjunto, este estudio demuestra el potencial de los paleoelementomas -la composición elemental preservada en archivos paleoambientales- para revelar las huellas a largo plazo de la actividad humana y su influencia duradera sobre la dinámica y la estructura de los ecosistemas. Este enfoque ofrece nuevas vías para comprender cómo los elementos y los ecosistemas evolucionan a lo largo del tiempo y busca contribuir al avance de una paleoecología más integrada y cuantitativa. |
| Resumen: |
The function and structure of ecosystems are strongly modulated by their elemental composition, referred to as the ecosystem elementome. The disruption of biogeochemical cycles over the last century has drawn increasing attention to the study of the elemental composition of organisms and ecosystems under anthropogenic pressures, with particular focus on carbon, nitrogen, and phosphorus. To understand long-term shifts in ecosystem elementomes, assessments must extend beyond the past few centuries. However, this is challenged by the absence of direct measurements of elemental composition. Natural archives, including palaeoenvironmental records such as lake sediments, soil profiles, peat records, and tree rings, preserve valuable information on past ecosystems events that can be dated chronologically. These records provide a powerful opportunity to reconstruct historical changes in ecosystem structure and functioning as well as the imprint of human activities, including agriculture, pastoralism, forest management, and settlement. Through Elementome Trajectory Analysis, developed within this thesis, we examined the temporal trajectories of samples within a multivariate space defined by their elemental composition across the record. We first applied this approach to five records from the Azores archipelago, spanning the last two millennia, in order to test the insights provided by Elementome Trajectory Analysis against relevant ecological milestones identified in previous palaeoecological studies. We then upscaled the study to 21 records from Atlantic islands, covering regions from Svalbard to the Falklands and extending across three millennia of ecosystem change. Our analyses focused on ecosystem elementomes before and after human arrival, as well as across different historical periods and colonisation histories. Extending our analysis from island to mountain ecosystems, we examined 12 lakes in the European Alps spanning the last eight millennia, integrating sediment elemental composition with plant community reconstructions from sedimentary ancient DNA to explore feedbacks between elementomes and vegetation dynamics. We found that Elementome Trajectory Analysis provided robust characterisations of ecosystems, consistent with previous palaeoecological assessments. In addition, it allowed the quantification of trajectories in terms of magnitude, speed, and direction of change, thereby indicating the stability of ecosystem elementomes. The analysis of Atlantic islands revealed a strong and persistent trend of increased erosion after human arrival, reflected in the dominance of terrigenous elements within the ecosystem elementome and with higher accumulation rates. Our results from the European Alps showed that the introduction of livestock during the Bronze Age reduced the coupling between plant communities and ecosystem elementomes. While greater livestock abundance was associated with increased plant diversity, it also decreased carbon and nitrogen stocks. Finally, we present an alternative approach to interpreting Elementome Trajectory Analysis through sonification. We developed soundtraj: an open-source tool that translates graphical outputs of Principal Coordinate Analysis (PCoA) into auditory reconstructions, enabling the audition of elementome trajectories and the sensory perception of speed, an aspect that generally remains blind in PCoA plots. Overall, this work highlights the power of palaeoelementomes (i. e. the elemental composition from palaeoenvironmental records) to reveal the long-term legacies of human activities and their enduring influence on ecosystem dynamics and structure. Future steps are needed toward a better understanding of elements and ecosystems across time scales; this work aims to contribute to that ongoing effort. |
| Resumen: |
Universitat Autònoma de Barcelona. Programa de Doctorat en Ecologia Terrestre. |
| Derechos: |
Aquest document està subjecte a una llicència d'ús Creative Commons. Es permet la reproducció total o parcial, la distribució, la comunicació pública de l'obra i la creació d'obres derivades, sempre i quan aquestes es distribueixin sota la mateixa llicència que regula l'obra original i es reconegui l'autoria.  |
| Lengua: |
Anglès |
| Documento: |
Tesi doctoral ; Text ; Versió publicada |
| Materia: |
Elementoma ;
Elementome ;
Paleoecologia ;
Palaeoecology ;
Paleoecología ;
Ciències Experimentals |
visitante ::
identificación
