2025 HALDANE PRIZE SHORTLIST: Marion Boisseaux, discusses her paper ‘Shifting trait coordination along a soil-moisture-nutrient gradient in tropical forests’, which has been shortlisted for Functional Ecology’s 2025 Haldane Prize for Early Career Researchers.
About the paper
Within the framework of the niche theory, the environment acts as a filter, and selects for species in a local community. The concept of environmental filtering explains that not all organisms can establish and persist in all environments. Studies examining trait-environment relationships often support the idea that environmental gradients act as selective pressures filtering tree species and therefore their functional traits. For example, along a topographic gradient where water and nutrient availability vary, tree species position themselves differently, and their abundance fluctuates in regards to the resources. However, some studies also report weak or no trait-environment relationships. In our paper, we highlight three key points that explain why these mixed results.
First, many experimental designs study traits one by one, even though plant performance is controlled by the interaction of multiple traits at the whole-plant level. We believe that multivariate approaches are essential to capture how traits combine to build species strategies across environmental gradients. We decided to look into the strength of trait correlations, also known as trait integration, which may be as important as trait variances or ranges for understanding species distribution and community structure.
Second, many analyses focus on structural traits that are weak proxies for the processes underlying plant functioning. We here looked at physiological traits that offer more direct insights into plant responses to environmental pressures.
Third, previous studies often focus on trait means, but intraspecific trait variability is increasingly recognized as a key factor influencing species niches and distributions.
By considering these points, we aim to bridge gaps in understanding how environmental filtering at the local scale shapes functional traits, offering insights into tropical species strategies in different environments.
This research is part of the METRADICA project (funded by Labex CEBA), led by Clément Stahl (INRAE, UMR Ecofog) and Ghislain Vieilledent (Cirad, UMR AMAP), aimed at modeling and understanding species distribution across French Guiana in the context of climate change. This paper also constitutes the second chapter of my PhD, supervised by Clément Stahl, Heidy Schimann (INRAE, UMR Biogeco) and Sabrina Coste (Université de Guyane, UMR Ecofog). Conducting fieldwork, trait measurements, data cleaning, and analysis took up a significant portion of my PhD, and gathering data has been difficult as most of it was carried out during the COVID pandemic.
In this study, we measured nine leaf functional traits across 552 individuals belonging to 21 tropical tree species, categorized as either tree species generalists or specialists to habitats (ie. seasonally flooded forests and terra firme forests). Reaching a consensus on whether a tree species was a generalist or specialist required multiple rounds of discussions and meetings!
Our results revealed that environmental conditions, particularly water availability, influenced trait integration rather than individual traits alone. Contrary to our hypothesis, we found that species in seasonally flooded environments exhibited greater trait integration, suggesting that excessive water, found in waterlogged soils, imposes significant hydraulic constraint on plants. This finding challenges the traditional focus on drought as the main stressor for tropical trees, highlighting the importance of water excess as a significant driver of plant strategies in these habitats. Another surprising result was the observation that generalist species did not exhibit greater intraspecific trait variability, but instead modified their trait integration across environments, illustrating a flexible trait syndrome. While generalists are capable of thriving in a wide range of habitats, they seem to adapt by altering trait coordination, particularly under extreme environmental conditions.
Moving forward, it is crucial to further explore how species respond to environmental thresholds like waterlogging and investigate the physiological mechanisms that drive trait coordination across different habitats. These insights can be incorporated into species distribution models to predict how species will shift in response to climate change, providing critical information for biodiversity conservation.
About the author
I always had a deep interest in plant physiology, and my fascination only grew when I was introduced to tropical botany, captivated by the remarkable diversity of leaf forms, especially the enormous ones! After completing my studies as a horticultural engineer in France, I wanted to know more about tropical ecology. This curiosity led me to pursue a PhD in French Guiana at UMR EcoFog, on the functional strategies and microbiota of tropical trees in the context of climate change. After defending my PhD in December 2023, I continued to explore plant responses to environmental stress as a postdoctoral researcher in Christine Scoffoni’s lab at California State University, Los Angeles. There, I deepened my expertise in plant hydraulics, focusing on the coordination of leaf and root hydraulic traits, and their implications for drought responses. Recently, I felt the need to take a step back, zoom out from trait coordination at the organ-level and local community scale to examine the demographic consequences of environmental filtering. I now investigate how climate warming affects the temporal dynamics of functionally rare and common species as a postdoctoral researcher at the CEFE laboratory in Montpellier, France. Through both my research and my efforts in teaching and science communication, I aim to contribute to a more integrative view of plant ecology in a changing world.
En Français
À propos de l’article
Dans le cadre de la théorie de la niche écologique, l’environnement agit comme un filtre et sélectionne les espèces d’une communauté locale. Le concept de filtrage environnemental explique que tous les organismes ne peuvent pas s’établir et persister dans tous les environnements. Les études qui examinent les relations entre les traits fonctionnels et l’environnement soutiennent souvent l’idée que les gradients environnementaux agissent comme des pressions sélectives filtrant les espèces d’arbres et, par conséquent, leurs traits fonctionnels. Par exemple, le long d’un gradient topographique où la disponibilité en eau et en nutriments varie, les espèces d’arbres se positionnent différemment et leur abondance fluctue en fonction des ressources. Cependant, certaines études ne trouvent pas forcément de relations fortes entre les traits fonctionnels et l’environnement. Dans notre article, nous expliquons alors pourquoi, en mettant l’accent sur trois points clés qui peuvent expliquer ces résultats contrastés.
Premièrement, les équipes de recherche étudient trop souvent les traits un par un, alors que la performance de la plante est contrôlée par l’interaction de plusieurs traits fonctionnels au niveau de la plante entière. Dans notre article, nous pensons que les approches multivariées sont essentielles pour comprendre comment les traits se combinent pour construire les stratégies des espèces à travers les gradients environnementaux. Nous avons décidé d’étudier la force des corrélations entre les traits, également appelée intégration des traits, qui peut être aussi importante que la variance ou l’étendue des valeurs des traits pour comprendre la distribution des espèces et la structure des communautés.
Deuxièmement, de nombreuses analyses se concentrent sur les traits structurels qui n’expliquent que très peu les processus sous-jacents du fonctionnement des plantes. Ici, nous avons examiné des traits plus mécanistes qui nous permettent de comprendre plus finement la réponse des arbres face aux pressions environnementales.
Troisièmement, les études précédentes se concentrent souvent sur des valeurs moyennes des traits, mais la variabilité intraspécifique des traits est de plus en plus reconnue comme un facteur clé influençant les niches et les distributions des espèces.
En tenant compte de ces points, nous essayons dans cet article d’affiner notre compréhension sur la manière dont le filtrage environnemental, à l’échelle locale, façonne les traits fonctionnels, offrant ainsi un aperç des stratégies des espèces tropicales dans différents environnements.
Cet article s’inscrit dans le cadre du projet Metradica, financé par le Labex CEBA et dirigé par Clément Stahl (INRAE, UMR, Ecofog) et Ghislain Vieilledent (Cirad, UMR AMAP), vise à modéliser et comprendre la distribution des espèces en Guyane dans le contexte du changement climatique. Cet article constitue également le deuxième chapitre de ma thèse, encadrée par Clément Stahl, Heidy Schimann (INRAE, UMR Biogeco) et Sabrina Coste (Université de Guyane, UMR Ecofog). Le travail sur le terrain, la mesure des traits fonctionnels, le nettoyage des données et l’analyse ont occupé une grande partie de mon doctorat, et la collecte des données a été difficile car la plupart d’entre elles ont été réalisées pendant la pandémie de COVID.
Dans cette étude, nous avons mesuré neuf traits fonctionnels foliaires chez 552 individus appartenant à 21 espèces d’arbres tropicaux, catégorisés soit comme des espèces généralistes, soit comme des espèces spécialistes (de forêts de bas-fond ou de terre firme). Il a fallu de nombreuses discussions et réunions pour parvenir à un consensus sur le caractère généraliste ou spécialiste d’une espèce d’arbre !
Nos résultats ont révélé que les conditions environnementales, en particulier la disponibilité en eau, influencent l’intégration des traits plutôt que les traits individuels seuls. Contrairement à notre hypothèse, nous avons constaté que les espèces vivant en bas-fond présentent une plus grande intégration des traits, ce qui suggère que l’excès d’eau, présent dans les sols gorgés d’eau, impose une contrainte hydraulique importante aux plantes. Ce résultat remet en question l’accent traditionnellement mis sur la sécheresse comme principal facteur de stress pour les arbres tropicaux, en soulignant l’importance de l’excès d’eau comme moteur significatif des stratégies des plantes dans ces habitats. Un autre résultat surprenant a été l’observation que les espèces généralistes ne présentent pas une plus grande variabilité intraspécifique des traits, mais elles modifient plutôt l’intégration de leurs traits en fonction de l’environnement, illustrant ainsi un syndrome de traits flexibles. Si les espèces généralistes sont capables de s’établir dans une large gamme d’habitats, elles semblent s’adapter en modifiant la coordination de leurs traits.
Pour de futures recherches, il est essentiel d’étudier plus avant la manière dont les espèces réagissent aux seuils environnementaux tels que l’engorgement et d’étudier les mécanismes physiologiques qui déterminent la coordination des traits dans les différents habitats. Ces connaissances peuvent être intégrées dans les modèles de distribution des espèces afin de prédire comment les espèces se déplaceront en réponse au changement climatique, fournissant ainsi des informations essentielles pour la conservation de la biodiversité.
À propos de l’auteur
J’ai toujours été très intéressée par la physiologie des plantes, et d’autant plus lorsque j’ai commencé à étudier la botanique tropicale, captivée par la diversité des formes de feuilles, surtout les plus grandes! Après avoir terminé mes études d’ingénieur en horticulture en France, je voulais approfondir mes connaissances en écologie tropicale. Cette curiosité m’a conduit à poursuivre une thèse en Guyane à l’UMR EcoFog, sur les stratégies fonctionnelles et le microbiote des arbres tropicaux dans le contexte du changement climatique. Après avoir soutenu ma thèse en décembre 2023, j’ai continué à étudier la réponse des plantes aux stress environnementaux en tant que post-doctorante à California State University, à Los Angeles. Auprès de Christine Scoffoni, j’ai renforcé mes compétences en hydraulique des plantes, en m’intéressant particulièrement à la coordination des traits hydrauliques foliaires et racinaires.
Récemment, j’ai voulu élargir mon domaine d’étude et dé-zoomer par rapport aux échelles locales ou organe-centrée, afin d’examiner les conséquences démographiques du filtrage environnemental. J’étudie aujourd’hui l’impact du réchauffement climatique sur la dynamique temporelle des espèces fonctionnellement rares au sein du laboratoire CEFE à Montpellier, dans l’équipe de Cyrille Violle.
Grâce à mes recherches et à mon goût pour l’enseignement, je m’efforce d’approfondir notre compréhension collective de l’écologie végétale dans un contexte de changements globaux.
En Español
Sobre el artículo
Según la teoría de nicho, el ambiente actúa como un filtro y selecciona las especies de una comunidad local. El concepto de filtrado ambiental sostiene que no todos los organismos pueden establecerse y persistir en todos los ambientes. Los estudios que analizan las relaciones entre los rasgos funcionales y el ambiente tienden a apoyar la idea de que los gradientes ambientales funcionan como presiones selectivas que filtran las especies de árboles y, en consecuencia, sus rasgos funcionales. Por ejemplo, a lo largo de un gradiente topográfico donde varía la disponibilidad de agua y nutrientes, las especies de árboles se distribuyen de manera diferente y su abundancia fluctúa en función de los recursos. Sin embargo, algunos estudios no necesariamente encuentran relaciones fuertes entre los rasgos funcionales y el ambiente. En nuestro artículo explicamos por qué puede ocurrir esto, poniendo énfasis en tres puntos clave que podrían aclarar estos resultados contrastantes.
En primer lugar, los equipos de investigación con demasiada frecuencia estudian los rasgos de manera aislada, cuando en realidad el funcionamiento de una planta está determinado por la interacción de múltiples rasgos funcionales a nivel de la planta completa. En nuestro trabajo sostenemos que los enfoques multivariados son fundamentales para comprender cómo los rasgos se combinan y construyen las estrategias de las especies a lo largo de los gradientes ambientales. Decidimos estudiar la fuerza de las correlaciones entre rasgos, también conocida como integración de rasgos, la cual puede ser tan importante como la varianza o el rango de valores de los rasgos para entender la distribución de las especies y la estructura de las comunidades.
En segundo lugar, muchos análisis se centran en rasgos estructurales que explican muy poco los procesos subyacentes del funcionamiento de las plantas. Aquí examinamos rasgos más mecanísticos que nos permiten comprender con mayor precisión la respuesta de los árboles frente a las presiones ambientales.
En tercer lugar, los estudios previos suelen enfocarse en valores promedio de los rasgos, pero la variabilidad intraespecífica está siendo cada vez más reconocida como un factor clave que influye en los nichos y en la distribución de las especies.
Teniendo en cuenta estos puntos, en este artículo buscamos afinar nuestra comprensión de cómo el filtrado ambiental, a escala local, moldea los rasgos funcionales, ofreciendo así una visión más profunda de las estrategias de las especies tropicales en distintos ambientes.
Este artículo está incluido en el proyecto Metradica, financiado por el Labex CEBA y dirigido por Clément Stahl (INRAE, UMR Ecofog) y Ghislain Vieilledent (Cirad, UMR AMAP), y tiene como objetivo de modelar y comprender la distribución de las especies en la Guayana Francesa en el contexto del cambio climático. Este artículo constituye también el segundo capítulo de mi tesis, supervisada por Clément Stahl, Heidy Schimann (INRAE, UMR Biogeco) y Sabrina Coste (Universidad de la Guayana Francesa, UMR Ecofog). El trabajo de campo, la medición de los rasgos funcionales, la limpieza de los datos y el análisis ocuparon una gran parte de mi doctorado, y la recolección de los datos fue complicada, ya que la mayoría se realizó durante la pandemia de COVID-19.
En este estudio, medimos nueve rasgos funcionales foliares en 552 individuos pertenecientes a 21 especies de árboles tropicales, categorizadas como especies generalistas o especialistas (de bosques estacionalmente inundables o de tierra firme). ¡Fue necesario realizar numerosas discusiones y reuniones para llegar a un consenso sobre si una especie de árbol era generalista o especialista!
Nuestros resultados revelaron que las condiciones ambientales, en particular la disponibilidad de agua, influyen más en la integración de los rasgos que en los rasgos individuales por sí solos. Contrario a nuestra hipótesis, encontramos que las especies que habitan en zonas de bosques estacionalmente inundables presentan una mayor integración de rasgos, lo que sugiere que el exceso de agua, presente en suelos saturados, impone una restricción hidráulica significativa a las plantas. Este resultado cuestiona el énfasis tradicionalmente puesto en la sequía como principal factor de estrés para los árboles tropicales, destacando la importancia del exceso de agua como un motor relevante de las estrategias de las plantas en estos hábitats.
Otro resultado sorprendente fue la observación de que las especies generalistas no presentan una mayor variabilidad intraespecífica de rasgos, sino que modifican la integración de sus rasgos según el ambiente, ilustrando así un síndrome de rasgos flexibles. Si bien las especies generalistas son capaces de establecerse en una amplia gama de hábitats, parecen adaptarse modificando la coordinación de sus rasgos.
Para investigaciones futuras, es fundamental estudiar más a fondo cómo las especies responden a condiciones ambientales como el encharcamiento y examinar los mecanismos fisiológicos que determinan la coordinación de los rasgos en distintos hábitats. Este conocimiento puede integrarse en los modelos de distribución de especies para predecir cómo se desplazarán frente al cambio climático, ofreciendo información clave para la conservación de la biodiversidad.
Acerca de la autora
Siempre me ha interesado mucho la fisiología de las plantas, y aún más cuando comencé a estudiar botánica tropical, fascinada por la diversidad de formas de hojas, ¡especialmente las más grandes! Tras finalizar mis estudios de ingeniería en horticultura en Francia, quise profundizar mis conocimientos en ecología tropical. Esta curiosidad me llevó a realizar una tesis en la Guayana Francesa en el laboratorio UMR EcoFog, sobre las estrategias funcionales y el microbiota de los árboles tropicales en el contexto del cambio climático.
Después de defender mi tesis en diciembre de 2023, continué estudiando la respuesta de las plantas a los estrés ambientales como postdoctorante en la California State University, en Los Angeles. Bajo la supervisión de Christine Scoffoni, reforcé mis habilidades en hidráulica de plantas, interesándome particularmente en la coordinación de los rasgos hidráulicos foliares y de las raíces.
Recientemente, quise ampliar mi área de estudio y desenfocar el enfoque de las escalas locales o centradas en órganos, para examinar las consecuencias demográficas del filtrado ambiental. Actualmente estudio el impacto del calentamiento global en la dinámica temporal de especies funcionalmente raras en el laboratorio del CEFE en Montpellier, dentro del equipo de Cyrille Violle.
Gracias a mi investigación y a mi pasión por la enseñanza, me esfuerzo por profundizar nuestra comprensión colectiva de la ecología vegetal en un contexto de cambios globales.
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