From Montane Meadows to Metropolis: Cavity-Nesting Bees and Wasps in a Warming World

Abstract

Climate change has been linked to widespread changes in the abundances and distributions of many organisms across large spatial scales, yet in many cases, the local ecological processes driving these patterns are poorly understood. This thesis documents the findings of four field studies that characterize the fitness consequences of local environmental variation for cavity-nesting bees and wasps observed in their natural habitats. In doing so, it identifies potential processes that may underlie large-scale relationships between climate variables and wild bees and wasps. Across chapters, several potential processes emerge, involving both intrinsic (physiological) and extrinsic factors. Chapter 1 suggests that warmer daytime temperatures experienced by individuals initiating nests late in the season reduced longevity, which in turn was linked to decreased lifetime reproductive output. Chapter 2 shows that brood cell production by nesting females decreased significantly in hotter, drier summers, partly due to drought-driven reductions in floral host-plant availability. Chapter 3 suggests that the extent to which cavity-nesting bees and wasps can track their climatic niches via range shifts to higher elevations may be limited by the lack of wood substrates beyond local treelines. Finally, Chapter 4 considers the consequences of elevated nest temperatures for juvenile development in cavity-nesting bees and wasps. The data did not reveal a strong effect of nest temperature on juvenile body mass; however, I highlight the potential importance of local vegetation as a thermal buffer given projections of significantly warmer conditions in the coming years. Studies that directly link fitness parameters to climate drivers in natural populations are rare but may provide valuable information for designing effective conservation strategies and informing predictions regarding the capacity of species to respond adaptively to climate change. My thesis contributes to this body of research and highlights the importance of observational studies grounded in natural history. --

Le changement climatique a été associé à des modifications généralisées de l'abondance et de la répartition de nombreux organismes à grande échelle spatiale, mais dans de nombreux cas, les processus écologiques locaux à l'origine de ces tendances sont mal compris. Cette thèse présente les résultats de quatre études de terrain qui caractérisent les conséquences des variations environnementales locales sur la condition physique des abeilles et des guêpes nichant dans des cavités, observées dans leur habitat naturel. Ce faisant, j'identifie les processus potentiels qui pourraient sous-tendre les relations à grande échelle entre les variables climatiques et les abeilles et guêpes sauvages. Au fil des chapitres, plusieurs processus potentiels émergent, impliquant à la fois des facteurs intrinsèques (physiologiques) et extrinsèques. Le chapitre 1 suggère que les températures en journée plus chaudes subies par les individus qui commencent à construire leur nid tard dans la saison réduisent leur longévité, ce qui est lié à une diminution de leur production reproductive au cours de leur vie. Le chapitre 2 montre que la production de cellules de couvain par les femelles nicheuses diminue considérablement lors des étés plus chauds et plus secs, en partie à cause de la réduction de la disponibilité des plantes hôtes florales due à la sécheresse. Le chapitre 3 suggère que la capacité des abeilles et des guêpes nichant dans des cavités à suivre leurs niches écologiques en se déplaçant vers des altitudes plus élevées pourrait être limitée par le manque de substrats ligneux au-delà de la limite forestière. Enfin, le chapitre 4 examine les conséquences de l'élévation de la température des nids sur le développement des juvéniles chez les abeilles et les guêpes nichant dans des cavités. Les données n'ont pas révélé d'effet significatif de la température du nid sur la masse corporelle des juvéniles ; cependant, je souligne l'importance potentielle de la végétation locale en tant que tampon thermique, compte tenu des prévisions de conditions nettement plus chaudes dans les années à venir. D'une manière générale, les études qui établissent un lien direct entre les paramètres de condition physique et les facteurs climatiques dans les populations naturelles sont rares, même si ces informations peuvent (en principe) être cruciales pour concevoir des stratégies de conservation efficaces et peuvent aider à éclairer les prévisions concernant la capacité des espèces à persister ou à s'adapter au changement climatique. Ma thèse contribue à cet ensemble de recherches et souligne l'importance des études observationnelles fondées sur l'histoire naturelle. --

El cambio climático se ha relacionado con cambios generalizados en la abundancia y distribución de muchos organismos a gran escala espacial, pero en muchos casos se desconocen los procesos ecológicos locales que impulsan estos patrones. Esta tesis documenta los resultados de cuatro estudios de campo que caracterizan las consecuencias de la variación ambiental local para las abejas y avispas que anidan en cavidades, observadas en sus hábitats naturales. Al hacerlo, identifica los posibles procesos que pueden subyacer a las relaciones a gran escala entre las variables climáticas y las abejas y avispas silvestres. A lo largo de los capítulos, surgen varios procesos potenciales, que implican factores tanto intrínsecos (fisiológicos) como extrínsecos. El capítulo 1 sugiere que las temperaturas diurnas más cálidas experimentadas por los individuos que inician sus nidos a finales de la temporada redujeron su longevidad, lo que a su vez se relacionó con una disminución de la producción reproductiva a lo largo de su vida. El capítulo 2 muestra que la producción de celdas de cría por parte de las hembras que anidan disminuyó significativamente en los veranos más calurosos y secos, en parte debido a la reducción de la disponibilidad de plantas hospedadoras florales provocada por la sequía El capítulo 3 sugiere que la capacidad de las abejas y avispas que anidan en cavidades para seguir sus nichos ecológicos mediante desplazamientos a altitudes más elevadas puede verse limitada por la falta de sustratos de madera más allá de la línea de árboles. Por último, el capítulo 4 analiza las consecuencias del aumento de la temperatura de los nidos para el desarrollo de las crías de abejas y avispas que anidan en cavidades. Los datos no revelaron un efecto significativo de la temperatura del nido en la masa corporal de las crías; sin embargo, destaco la importancia potencial de la vegetación local como amortiguador térmico, dadas las previsiones de un calentamiento significativo en los próximos años. En términos generales, los estudios que relacionan directamente los parámetros de aptitud física con los factores climáticos en las poblaciones naturales son poco frecuentes, a pesar de que esta información puede ser crucial para diseñar estrategias de conservación eficaces y puede ayudar a fundamentar las predicciones sobre la capacidad de las especies para persistir o responder de forma adaptativa al cambio climático. Mi tesis contribuye a este conjunto de investigaciones y destaca la importancia de los estudios observacionales basados en la historia natural.