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Biodiversidade

01/06/2015

Ecologia de Populações e Comunidades 2015

Conteúdo

• Que é biodiversidade?

▫ Biodiversidade genética, de organismos, e ecológica

• Quanta biodiversidade há na terra?

• Biodiversidade no tempo

• Biodiversidade no espaço

▫ Gradiente latitudinal

▫ Gradiente altitudinal

• Ameaças à biodiversidade

• Porque biodiversidade é importante?

Que é biodiversidade? • „Biological diversity“

• Um conceito incluindo todos as formas, níveis e combinações da variedade natural em todos os níveis de organização biológica (Gaston in Sodhi, Ehrlich eds. 2010)

• Definição da „International Convention on Biological Diversity“ (CBD):

“Biodiversidade é a variabilidade de organismos vivos de todas as

origens, compreendendo, dentre outros, os ecossistemas terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem parte; compreendendo ainda a diversidade dentro de espécies, entre espécies e de ecossistemas.”

bd.eionet.europa.eu

Que é biodiversidade?

Quanta biodiversidade há na terra?

• Inclue os componentes genéticos e a variação entre indivíduos e populações


• inclue os componentes genéticos e a variação entre indivíduos e populações

• medida mais básico: quantidade de DNA num cromossomo

• há grande variedade em termos e números em todos os níveis


• Conhescimento em todas as níveis muito escassso



• Número de procariotas foi estimado em 4-6 x 1030 (estrelas no universo: 1 x 1022)

Procariotas: Organismos unicelulares sem núcleo (Bactérias e Archae)



• Número de procariotas foi estimado em 4-6 x 1030 (estrelas no universo: 1 x 1022)

• Número de indivíduos de nematodas/m2 de terra: 105-108

Em contraste: 1011 aves na terra intereira em cada ponto no tempo (= menos do que 17 por cada pessoa)


• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas

• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas •


Espécies em total: 3,5 – 108 milhões Espécies descritas: ~2 milhões


• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas •


Erros na estimativa 1. Muitas espécies foram descritos várias vezes

(sinonímia) 2. Uma espécies descrita pode na verdade conter

várias espécies (espécies crípticas)


• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas • Novas espécies descritas por ano: ~13000 (média de 36 espécies por dia)



• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas • Novas espécies descritas por ano: ~13000 (média de 36 espécies por dia)


Assumindo 8 milhões de espécies em total, precisamos mais de 600 anos para a descrição deles (50 mil = 3800 anos)


• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas • Novas espécies descritas por ano: ~13000 (média de 36 espécies por dia) • a amostra e desviado: espécies novas são maior, abundante, distribuidas, de zonas temperadas

Espécies em total: 3,5 – 108 milhoes Espécies descritas: ~2 milhoes

Assumindo 8 milhões de espécies em total, precisamos mais de 600 anos para a descrição deles (50 mil = 3800 anos)


• Dado as proporções de espécies desconhescidas, é muito provável que grupos taxonómicos superiores inteiras são desconhescidas


• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós


• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós • porém, em termos e classificar biodiversidade, diversidade ecológico é menos satisfatório porque:


• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós • porém, em termos e classificar biodiversidade, diversidade ecológico é menos satisfatório porque: 1. Limites entre elementos (por ex. habitats) nao são sempre

claros, que leva dificuldades de distinção 2. Alguns níveis contêm elementos abióticos


• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós • porém, em termos e classificar biodiversidade, diversidade ecológico é menos satisfatório porque: 1. Limites entre elementos (por ex. habitats) nao são sempre

claros, que leva dificuldades de distinção 2. Alguns níveis contêm elementos abióticos

• recentemente muito esforco em delineamento de ecoregiões e biomas para fins de planejamento de conservação

867 Ecoregiões terrestres (Olson 2001)

Biodiversidade no tempo

(Milhões de anos) • biodiversidade é crescendo em geral

Biodiversidade no tempo

(Milhões de anos) • biodiversidade é crescendo em geral

• havia eventos de extinção de massa

• a maioria de espécies que existia é extincto

• média de tempo de existência de espécies: 1-10 milhões de anos (McKinney 1997; May 2000)

grande incerteza, grande variabilidade entre al dentro de grupos

Diversidade baseado em fósseis marinos

Biodiversidade no espaço

Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Seleção:

Especiação:

Dispersão:

Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente

Movimento de organismos no espaço

Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)

Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)

Deriva ecológica:

Especiação: Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)



Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Seleção:

Dispersão: Movimento de organismos no espaço


Deriva ecológica: Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por




Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Seleção:



Deriva ecológica: Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por

• competição (nicho realizado, exclusão competitiva)

Competição por exploração

Competição por interferência

Competição aparente




Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Seleção:



Deriva ecológica:


• predação (diminuição de espécies predados, coexistência mediada por consumo)




Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por




Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Seleção:



Deriva ecológica:



• presença/ausência de recursos (muda resultados da competição, pode aumentar ou diminuir riqueza)








Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Seleção:



Deriva ecológica:



• presença/ausência de recursos (muda resultados da competição, pode aumentar ou diminuir riqueza)

• mutualismo






Comunidade

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

Especiação

Seleção

Deriva ecológico

global

regional Dispersão

Dispersão

local

Deriva ecológica:

Seleção:

Especiação:

Dispersão:


Movimento de organismos no espaço

Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)


Padrões de escala grande

Biodiversidade no espaço:

Gadiente latitudinal

Número de espécies de vertebrados (Mannion et al. 2013)

• crescimento geral de riqueza (ou algums outros elementos da diversidade) com diminuição de latitude • encontrado em ambiente marino, terrestrial e agua doce e virtualmente todos os grupos taxonomicos maiores (incluindo micróbios, plantas, invertebrados e vertebrados) • encontrado em várias escalas (sítios locais, regiões, ou bandas latitudinais inteiras)


Gradiente latitudinal

• crescimento geral de riqueza (ou algums outros elementos da diversidade) com diminuição de latitude) • encontrado em ambiente marino, terrestrial e agua doce e virtualmente todos os grupos taxonomicos maiores (incluindo micróbios, plantas, invertebrados e vertebrados) • encontrado em várias escalas (sítios locais, regiões, ou bandas latitudinais inteiras) • máximo é raramente encontrado no equador, mas um pouco mais norte (20-30°N) • geralmente asimétrico em volta do equador, crescendo rapidamente do norte para o equador, mas decrescendo mais lento para sul)

Aves das américas (Gaston, Blackburn 2006)

espécies famílias


Gradiente latitudinal

Gradiente latitudinal: teorias

Willig et al. 2003; Latitudinal gradients of biodiversity: Pattern, process, scale and synthesis


Modelo nulo: O gradiente não tem base biológica („Mid-domain-effect“) N

S

„ranges“ de espécies

• Vários estudos mostraram congruência entre modelo e dados • Críticas:

• modelo assume indepedência entre distribuções e gradientes ambientais

• congruência não suprendente, dado o máximo de diversidade perto do equador


Pensamento básico se há base biológica: A final, maior riqueza num lugar em comparação a um outro deve estar gerado pelo combinações de

1. maior níveis de especiação 2. menor níveis de extinção ou 3. maior áreas de distribução geográficas

‘Trópicos como berço’ ‘Trópicos como museu’ ‘Out of the tropics’

Mannion et al. 2013

Porque maior especiação e/ou menor

extinção nas trópicos? Área: • aumento da área com diminuição da latitude (esfera terra e maior desconexão das área com mesmo clima com aumento da latitude)

• área grande com mesmos condições permite maior distribução •mais indivíduos por população, menos probabilidade de extinção

‘Trópicos como berço’

‘Trópicos como museu’




• variabilidade de habitats, ecosistemas etc. aumenta com área • mais habitats diversos leva a maior probabilidade de especialisação • maior probabilidade de barreiras geográficos e assim especiação alopátrica

‘Tropics as cradle’

‘Tropics as museum’

Estocasticidade demográfica Estocasticidade do meio ambiente Estocasticidade genética

Porque maior abundância = menor probabilidade de extinção?

Tamanhos de populações variam de uma forma estocástica




• variabilidade de habitats, ecosistemas etc. aumenta com área • mais habitats diversos leva a maior probabilidade de especialisação • maior probabilidade de barreiras geográficos e assim especiação alopátrica •


‘Tropics as museum’

Estocasticidade demográfica Estocasticidade do meio ambiente Estocasticidade genética

Tempo

Populações pequenas possuem maior chance de „tocar o zero“ (= extinção)

Porque maior abundância = menor probabilidade de extinção?

Tamanhos de populações variam de uma forma estocástica

Ta

ma

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• variabilidade de habitats, ecosistemas etc. aumenta com área • mais habitats diversos leva a maior probabilidade de especialisação • maior probabilidade de barreiras geográficos e assim especiação alopátrica •



Produtividade: • maior disponibilidade de energia em latitudes baixas • maior biomassa disponível • maior número de indivíduos por espécies (maior tamanho de populações) •menor probabilidade de extinção

Velocidade da evolução: • altas temperaturas levam a menor tempo de gerações, maior taxa de mutações, e seleção accelerado




extinção nas trópicos?

Energia ambiental: • ambientes em latitudes altas possuem condições mais longe das ótimas de espécies

(temperaturas mais baixas, clima menos favorável)

• trópicos mais estável (temporalmente e em relação ao ambiente)

• maior especialisação possível nas trópicos (espécies não precisam ser generalistas) • maior importância de interações nos trópicos: mais recursos podem ser deslocados para adaptações bioticos, enquanto em zonas temperadas adaptações climáticas/abioticas são necessários





Simone Sbaraglia

Tempo: • mais tempo sem distúrbios nas trópicos comparado com regiões temperados • mais tempo para evolução para encher habitats e nichos





NOAA/ NESDIS/ STAR

„Out of the tropics“

• combinação de maior especiação, menor extinção e aumeto das distribuções de espécies trópicos em zona climaticas adjacentes sem perder a presenca trópical

Jablonski et al. 2006, SCIENCE

Porque há mais espécies nas trópicos do que em latitudes altas?

• há congruências de padrões com as predições de diferentes hipóteses

• variação entre grupos de organismos e regiões investigados

• dado essa variação, nenhum mecanísmo sozinho parece ser adequado para explicar o gradiente

• muito provável várias mecanísmos vão informar sobre um mecanísmo aplicável para a maioria de biotas na maioria de lugares

Willig et al. 2003

• Baseado nas resultados até agora, maior especiação em latitudes baixas e expansão de linhas de baixas latitudes para altas parece ser importante

Gradiente altitudinal Rahbek 1995

• riqueza diminuindo com altitude • riqueza com máximo em altitudes intermediarias • riqueza aumentando com altitude (raro)

(fish, decapods, holothurians, asteroids) in the ocean

southwest of Ireland

Gradiente altitudinal

McCain 2009

• algumas características comparável com latitude (temperatura, padrão de máximo intermediária)

• diferências: • sazonalidade não aumenta com altitude nos trópicos • disponibilidade estável de água (zona de condensão)

• muitas teorias explicando o gradiente latitudinal também se aplicam para o gradiente altitudinal (por ex.: MDE)

• padrões se aplicam também à profundidade em sistemas marinas

fish, decapods, holothurians, asteroids in the ocean southwest of Ireland

Ameaças a biodiversidade Classificação da IUCN

http://www.iucnredlist.org/

IUCN: International Union for Conservation of Nature and Natural Resources

Ameaças a biodiversidade

Monastersky 2014; Life under threat, Nature

Ameaças a biodiversidade

62.839 espécies descritas até 2010 (~42% avaliado pela IUCN) 11.939 classificados como ameaçados (=19%)

Ameaça principal: perda de habitat

Vertebrados

Po

pu

laca

o

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[b

il]

Ameaças a biodiversidade Global: biomas anthropogénicos

1800

Brasil : biomas anthropogénicos Ameaças a biodiversidade

1800 2000

Ameaças a biodiversidade Brasil : biomas anthropogénicos

Porque biodiversidade é importante? • Razões éticas: Uma cultura que incentiva o respeito para a vida e paisagens silvestres é preferível a uma

cultura que não levar essas coisas a sério

• Recursos biológicos: • comida

• recursos medicinais e medicamentos

• produtos de madeira

• plantas ornamentais

• núcleos de reprodução, reservatórios populacionais

• recursos futuros

• Benefícios sociais: • educação

• recreação e turismo

• valores culturais

• protecção dos recursos hídricos

• formação e protecção dos solos

• armazenamento e reciclagem de nutrientes

• atenuação e absorção de poluição

• contribuição para a estabilidade do clima

• manutenção dos ecossistemas

• recuperação de eventos imprevisíveis

• Serviços ambientais (ecosistêmicos): = os benefícios que as pessoas obtêm dos ecosistemas

Porque biodiversidade é importante? • A modificação de um ecossistema para melhorar um serviço que

presta, geralmente também resulta em alterações em outros serviços do ecossistema.

• Ao longo prazo, o valor dos serviços perdidos pode exceder muito os

benefícios económicos a curto prazo que são obtidos a partir de ecossistemas transformados.

cidandrenelli.wordpress.com

diminuição do bem- estar das pessoas

global-greenhouse-warming.com

possível degradação de serviços, como pesca, abastecimento de água e protecção contra os riscos naturais

aumentar a produção de alimentos pode levar à redução da disponibilidade e/ou qualidade de água

Exemplo:

Resumo

• Que é biodiversidade?

▫ Biodiversidade genética, de organismos, e ecológica

• Quanta biodiversidade há na terra?

• Biodiversidade no tempo

• Biodiversidade no espaço

▫ Gradiente latitudinal

▫ Gradiente altitudinal

• Ameacas à biodiversidade

• Porque biodiversidade é importante?

...todos as formas, níveis e combinações da variedade natural em todos os níveis de organização biologica

…de organismos: • depende do nível, mas em geral uma

quantidade absurdo de níveis baixos (indivíduos, espécies) até muitas de níveis altos (phyla)

• grande incerteza, especialmente em níveis baixo

- razões éticas - serviços ambientais - recursos biológicos - valores culturais

1800 2000

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