ECOLOGIA GEOGRÁFICAECOLOGIA GEOGRÁFICA

Prof. Dr. José Alexandre Felizola Diniz FilhoProf. Dr. José Alexandre Felizola Diniz Filho

Dr. Fabricio VillalobosDr. Fabricio Villalobos

Departamento de Ecologia, ICB,Departamento de Ecologia, ICB,Universidade Federal de Goiás, BRASILUniversidade Federal de Goiás, BRASIL

((diniz@icb.ufg.br e villalobos@gmail.com))

PROGRAMA BÁSICO

28/08 – Introdução geral – ecologia geográfica, biogeográfica e macroecologia (JAD);

04/09 – Distribuição geográfica (JAD);

11/09 – Modelos de nicho e distribuição geográfica (JAD);

18/09 – Dados primários de biodiversidade e variação ambiental/climática (FVL);

25/09 – Modelagem de nicho ecológico/distribuição usando o Maxent (FVL);

02/10 – Gradientes de diversidade 1. Introdução e modelos ecológicos(JAD);

09/10 – Mapas de distribuição e riqueza de espécies em retículos (grids) (FVL);

16/10 – Gradientes de diversidade 2. Fatores históricos e modelos nulos(JAD);

23/10 – Campos biogeográficos (diversity/dispersal fields) (FVL)

06/11 – Regras ecogeográficas: Bergmann & Rapoport (JAD)

13/11 – Analise de padrões ecogeograficos no SAM (FVL)

20/11 - Estatistica Espacial 1. Aspectos teóricos e conceituais (JAD)

04/12 – Estatistica Espacial 2. Pacote SAM (JAD)

11/12 – Genética Geográfica (JAD/JSL)

18/12 – Avaliação Final (JAD)

Material disponivel em www.ecoevol.ufg.br/diniz , na pasta Eco_Geo

1. INTRODUÇÃO

1. Historico e definições em ecologia

geográfica, macroecologia e

biogeografia;

2. Padrões e processos;

3. Escalas e hierarquias;

4. A questão da historia;

5. O conhecimento da diversidade;

6. Arcabouço (framework) básico

1.1 Histórico e definições em ecologia geográfica, macroecologia e biogeografia

Ecologia é o estudo dos padrões de abundância e distribuição dos organismos e seus determinantes ecológicos e ambientais

Entendemos Ecologia geográfica como o estudo dos padrões de abundância e distribuição dos organismos e seus determinantes ecológicos e ambientais em um contexto espacial explícito

Entendemos Ecologia geográfica como o estudo dos padrões de abundância e distribuição dos organismos e seus determinantes ecológicos e ambientais em um contexto espacial explícito

Local (node level) (e.g., riqueza ouo div. ‘alpha’)

Relação entre locais (link level) (e.g., diversidade ‘beta’)

Vizinhança (neighborhood level)

Limites (boundary level)

Robert Helmer MacArthur (1930-1972)

Robert Helmer MacArthur (1930-1972)

E. O. Wilson

MacArthur, R. H. & Wilson, E. O. 1967. The theory of island biogeography. Monographs in population biology. Princeton University Press, Princeton, NJ.

MacArthur & Wilson 1963, 1967

Rapoport, E.H. (1975). Areografía. Estrategias Geográficas de las Especies. Fondo de Cultura Económica, México, 214 pp. Versión Inglesa: "Areography. Geographical Strategies of Species". Trad. B. Drausal, Pergamon Press, Oxford, 269 pp. (1982). Versión corregida y aumentada.

Eduardo H. Rapoport

(Universidade de Bariloche, Argentina)

Areografia

J. H. Brown B. A. Maurer

Entende-se macroecologia como:

“It is a non-experimental, statistical investigation of the relationship between the dynamics and interactions of species populations that have been studied on small scales by ecologists and processes of speciation, extinction and expansion and contraction of ranges that have been investigated on much larger scales by biogeographers, paleontologists and macroevolutionists” (Brown, 1995).

Relação entre Macroecologia e Biogeografia

Robert Ricklefs

Macroecologia

J. H. Brown

Ecologia geográfica e macroecologia

2-D (mapa)

1-D (“latitude”)

1. 2. PADRÕES & PROCESSOS

Padrão – ordem, arranjo, regularidade

G. E. Hutchinson (1903-1991)

Padrão – ordem, arranjo, regularidade

G. E. Hutchinson (1903-1991)

Von Humboldt Foster

Gradientes de diversidade Relação espécie(riqueza)-área

Processos (mecanismos)

Nicho (adaptativo) – fatores ambientais determinam os padrões

Neutro (estocástico)

Respostas a ambiente em geral têm como base processos adaptativos (em um sentido latu ou em um sentido Darwiniano estrito)

Origem de padrões por meio de processos estocásticos: Teoria neutra da biodiversidade e biogeografia de Hubbell (2001) e Bell (2001)

“ “ Zero-sum” principleZero-sum” principle

Neutralismo em Evolução

Até 1960 Selecionistas

“Seleção natural seria o principal processo que “escolheria” os alelos que seriam substituídos ou incorporados”;

Motoo Kimura dados sobre seqüências de aminoácidos - “A maioria da variação genética em nível molecular era seletivamente neutra e não tinha qualquer valor adaptativo “

– Deriva genética + Mutação +Ne

Neutralismo em Ecologia & EvoluçãoRELACOES TEORICAS E ESTRUTURAIS

Seletivamente neutros

Deriva genética

Mutação

Fixação de um alelo

Tamanho efetivo

“Dispersal assembly”

Deriva ecológica

Especiação

Extinção

Tamanho da população

Metacomunidades e dinâmica neutra

Um ponto importante: neutro e nulo são diferentes (neutro gera padrão!)

Join us...www.abeco.org.br

‘Fundamental Biodiversity

Units ‘

N&C impact factor is now 1.47!!!!

1. 3. ESCALAS & HIERARQUIAS

-Escalas -> local, regional, continental (?);

-Hierarquia ->populações, comunidades, assembléias (?)

Continuum...

John Wiens

Michael Donoghue

1. 4. A QUESTÃO DA HISTORIA

Robert RicklefsDavid Currie

Ecologia versus Historia (1980’s)?

Ecologia + “Historia” (2000’s)?

John Wiens Michael Donoghue

Derived groupsr2 = 0.712

Basal groupsr2 = 0.986

“Phylogenetic deconstruction” (sensu Marquet et al. 2004) of spatial patterns of richness in New World birds (Hawkins et al. 2006, J.Biogeogr. 33: 770-780)

Niche conservatism

Correspondência entre padrões espaciais e temporais (evolutivos)

1. 5. O CONHECIMENTO SOBRE A DIVERSIDADE

Quais são essas restrições e ou dificuldades?

(Brown & Lomolino, 2004; Lomolino, 2004)

(1823-1913)

(1707-1778)

Linnaeus

Wallace

Muitas espécies ainda não foram descritas pela ciência

Desconhecimento sobre a distribuição de muitas espécies

Variáveis macroecológicas correlacionadas com as datas de descrição de Anfíbios anuros no Cerrado

Nesse trabalho, demonstramos que os padrões geográficos das datas de descrição de espécies de anfíbios anuros no Cerrado estão positivamente correlacionados com a população humana e com o nível de conhecimento (número de inventários).

Human population size (log)

Ave

rage

des

crip

tion

dat

e

1830

1840

1850

1860

1870

1880

1890

1900

1910

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 6.5 7.0

Assim, novas descrições são dependentes da ocupação humana (e.g. criação de centros de pesquisa)

(r = 0.512; P = 0.043; v* = 14)

Body size (log)

Des

crip

tion

dat

e

1740

1800

1860

1920

1980

2.2 2.8 3.4 4.0 4.6 5.2

Outros padrões de descrição de espécies de anuros

Espécies que foram descritas recentemente apresentam, em geral, menor massa corporea...

Geographic range size (log)

Des

crip

tion

dat

e

1740

1800

1860

1920

1980

8 9 10 11 12 13 14 15 16 17

Espécies que foram descritas recentemente apresentam, em geral, menor distribuição geográfica...

Description date

Cum

ulat

ive

coun

t of

spe

cies

0102030405060708090

100110120130140150

1720 1760 1800 1840 1880 1920 1960 2000 2040

E, considerando a taxa de descrição, podemos esperar que todas as espécies de anfíbios no Cerrado serão descritas por volta de 2050. Pelo modelo logístico (r2 = 0,92), esse número é de 160 espécies (faltam 29!!!!)

Um modelo para explicar a relacao entre ocupacao humana e media das datas de descricao em uma escala macroecologica

Köhler et al. (2005)

29 descrições de novas espécies de anfíbios, para uma área de 2,5 milhões km2 (pouquíssimo estudada), parece razoável: No mundo...

Desafiando as restrições de Linnaeus e Wallace: gradientes de conhecimento e planejamento da conservação no Cerrado

K

KT

KA

“Partículas” ecológicas

Espécies

Locais, regiões ou assembléias

1. 6. Bases para o arcabouço conceitual

Quad\especies Sp1 Sp2 Sp3 ... Spn Riqueza

(S) A1 1 0 1 ... 1 32

A2 0 0 1 ... 1 33

A3 0 0 1 ... 1 37

A4 0 1 0 ... 1 35

...

Ak 0 0 1 ... 1 16

RANGE 234 211 222 ... 134 -

2. 1. DADOS MACROECOLOGICOS

Um “SIG” simples...

A

B

C D E F G H I J

K L M

N O P

QR S

T U

V WX

12

3

45

67

8

910

11

1213

1415

1617

18

1920

21

2223

2425

26

272829

30

31

32

33

Estruturação de dados macroecológicos

- Matriz de incidência e seus descritores

Hharpyja_occurCase: 663 Longitude (X Centroid): -118.5 Latitude: 53 Hharpyja_occur: 0

1

0.95

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

0.65

0.6

0.55

0.5

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

-35-40-45-50-55-60-65-70-75-80-85-90-95-100-105-110-115-120-125-130-135-140-145-150-155-160-165

70

65

60

55

50

45

40

35

30

25

20

15

10

5

0

-5

-10

-15

-20

-25

-30

-35

-40

-45

-50

Harpia harpyja_rangeCase: 2848 Longitude (X Centroid): -68.5 Latitude: -13 Harpia harpyja_range: 1

1

0.95

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

0.65

0.6

0.55

0.5

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

maxentCase: 2623 Longitude (X Centroid): -71.5 Latitude: -3 maxent: 0.942

1

0.95

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

0.65

0.6

0.55

0.5

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

NatureServe

Um modelo de nicho

(MAXENT)

maxentCase: 2623 Longitude (X Centroid): -71.5 Latitude: -3 maxent: 0.942

1

0.95

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

0.65

0.6

0.55

0.5

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

Qual a distribuição da espécie?

Mapa de adequabilidade

(“suitability”)

Mapas discretos (ocorrência)

maxentCase: 2623 Longitude (X Centroid): -71.5 Latitude: -3 maxent: 0.942

1

0.95

0.9

0.85

0.8

0.75

0.7

0.65

0.6

0.55

0.5

0.45

0.4

0.35

0.3

0.25

0.2

0.15

0.1

0.05

0

S7Case: 2939 Longitude (X Centroid): -67.5 Latitude: 3 S7: 1

S9Case: 3530 Longitude (X Centroid): -57.5 Latitude: -1 S9: 1

S5Case: 3125 Longitude (X Centroid): -64.5 Latitude: -15 S5: 1

S > 0.9

S > 0.7

S > 0.5

?

Quad\especies Sp1 Sp2 Sp3 ... Spn Riqueza

(S) A1 1 0 1 ... 1 32

A2 0 0 1 ... 1 33

A3 0 0 1 ... 1 37

A4 0 1 0 ... 1 35

...

Ak 0 0 1 ... 1 16

RANGE 234 211 222 ... 134 -

Matriz de incidência e seus descritoresS9

Case: 3530 Longitude (X Centroid): -57.5 Latitude: -1 S9: 1

Quad\especies Sp1 Sp2 Sp3 ... Spn Riqueza

(S) A1 1 0 1 ... 1 32

A2 0 0 1 ... 1 33

A3 0 0 1 ... 1 37

A4 0 1 0 ... 1 35

...

Ak 0 0 1 ... 1 16

RANGE 234 211 222 ... 134 -

Matriz de incidência e seus descritoresS9

Case: 3530 Longitude (X Centroid): -57.5 Latitude: -1 S9: 1

Node level

Quad\especies Sp1 Sp2 Sp3 ... Spn Riqueza

(S) A1 1 0 1 ... 1 32

A2 0 0 1 ... 1 33

A3 0 0 1 ... 1 37

A4 0 1 0 ... 1 35

...

Ak 0 0 1 ... 1 16

RANGE 234 211 222 ... 134 -

Matriz de incidência e seus descritores

S9Case: 3530 Longitude (X Centroid): -57.5 Latitude: -1 S9: 1

Link level

Quad\especies Sp1 Sp2 Sp3 ... Spn Riqueza

(S) X1

X2

X3

...

Xp

A1 1 0 1 ... 1 32

A2 0 0 1 ... 1 33

A3 0 0 1 ... 1 37

A4 0 1 0 ... 1 35

... Ak 0 0 1 ... 1 16

RANGE 234 211 222 ... 134 - X1 tamanho X2 densidade X3 life history

… Xp

Adicionando outras variáveis à matriz básica

Descritores das

células...

Descritores das espécies...

MATRIZ DE INCIDÊNCIA

-Incidência ou abundância?

-Como “preencher” (a questão da distribuição geográfica ou range);

-A ligação intrínsica entre linhas e colunas (diversity/dispersal fields e o problema do 4th corner)

DESCRITORES DAS CÉLULAS

-Variáveis climáticas (mais frequente);

-Processos ecofisiológicos e clima;

-A questão das escalas e da resolução;

-Outras variáveis (e.g., métricas filogenéticas);

DESCRITORES DAS ESPÉCIES

-Variáveis macroecologicas “classicas” (tamanho do corpo, abundância, distribuição geográfica);

-Variação inter e intra-especifica

Geográfica

Demográfica Metabólica

Macroecologia

Distribuição Geográfica

Abundância Tamanho do corpo

Variáveis macroecológicas em Brown & Maurer...

A

B

C D E F G H I J

K L M

N O P

QR S

T U

V WX

12

3

45

67

8

910

11

1213

1415

1617

18

1920

21

2223

2425

26

272829

30

31

32

33

Quad\especies Sp1 Sp2 Sp3 ... Spn Riqueza

(S) X1

X2

X3

...

Xp

A1 1 0 1 ... 1 32

A2 0 0 1 ... 1 33

A3 0 0 1 ... 1 37

A4 0 1 0 ... 1 35

... Ak 0 0 1 ... 1 16

RANGE 234 211 222 ... 134 - X1 tamanho X2 densidade X3 life history

… Xp

Padrões espaciais e filogenéticos