Biogeografia:

conceitos e aplicações

Ø  Estudo da distribuição geográfica das plantas, animais e outros organismos.

Ø  Ciência multidisciplinar: biologia, geologia, geografia, climatologia,

ecologia…

“A definição de biogeografia pode ser simples – o estudo da distribuição

geográfica dos organismos – mas essa simplicidade esconde a grande

complexidade do assunto”

(Crisci, 2001)

O que é BIOGEOGRAFIA?

Breve histórico da Biogeografia

Scl

ater

, 185

8 B

ioge

ogra

fia d

escr

itiva

Bio

geor

afia

Inte

rpre

tativ

a H

umbo

ldt,

1808

De

Can

dolle

,182

0 B

ioge

ogra

fia E

coló

gica

e

His

óric

a

Wal

lace

, 187

6 B

ioge

ogra

fia d

escr

itiva

B

ioge

ogra

fia E

volu

tiva

Dar

lingt

on, 1

957

Bio

geog

rafia

Evo

lutiv

a

Hen

nig,

195

0 B

ioge

ogra

fia F

iloge

nétic

a

Bio

geog

rafia

Filo

gené

tica

Hen

nig,

196

6

Pan

biog

eogr

afia

C

roiz

at, d

éc. 4

0

Ø  Séc. 18: Padrões de distribuição e variação geográfica eram aparentes mas...

Ø  Início séc. 19: Surgimento de hipóteses para origem e fatores responsáveis

pelas diferenças entre biotas

De Candolle (1820): Divisão clássica

em biogeografia

1 - Biogeografia Ecológica

2 - Biogeografia Histórica

Augustin Pyramus de Candolle (1778-1841)

Principais “escolas” da Biogeografia

História da Terra

Eventos históricos

Distribuição das espécies

Regiões biogeográficas

determina

modificam

diferenças que determinam

1 - Biogeografia Histórica

Estuda como os processos

ecológicos/geológicos que ocorrem

a longo prazo atuam sobre o

padrão de distribuição dos

organismos.

Takhtajan, províncias botânicas

Philip Sclater (1829-1913)

Regiões Biogeográficas

2 - Biogeografia Ecológica

Estuda como os processos

ecológicos que ocorrem a curto

prazo atuam sobre o padrão de

distribuição dos organismos.

Populações

Comunidades

Ecorregiões

Fatores ambientais

Ambiente global

juntas formam gera

modificam juntas formam

Bailey, ecoregiões

Boreal

Grasslands

Temperate forests

Tropical

Savannas

Deserts and semi-deserts

Mediterranean

Arctic

Ecorregiões

Ø  Linha tênue entre fatores históricos

e ecológicos que possam estar

relacionados aos padrões encontrados

atualmente.

Ø  Fatores históricos, juntamente com

ecológicos, têm modelado os padrões

de dist r ibuição da divers idade

biológica em escalas globais e locais.

Ø  Idéia de unificação: Morrone (1993);

Crisci (2001); Crisci et al (2000)

Biogeografia ecológica x histórica: uma divisão necessária?

Eventos históricos

Fatores ambientais

Padrões de distribuição individuais

Padrões de distribuição gerais

determinam

combinam para determinar

“A Terra e a vida evoluem juntos” Croizat (1964)

Principais conceitos em Biogeografia

Ø  Centro de Origem: local de origem das espécies, a partir de outras pré-

existentes e de onde seriam dispersas (base da Biogeografia Evolutiva)

CO B A

1.  Idéia  de  Wallace  (1876,  1881)  

CO A

B

A

Barreira geográfica

2.  Idéia  de  Darlington  (1957)  

Ø  Centro de Diversidade: local de maior concentração de espécies

Ø  Endêmico, Autóctone ou Nativo: originário do local onde é

encontrado

Ø  Introduzido ou Alóctone: não é originário do local onde habita

Ø  Refúgios: locais onde espécies “sobreviveram”

Ø  Relictual: ocorrência de uma espécie em apenas poucos locais de

uma distribuição mais ampla ocorrente no passado

Principais conceitos em Biogeografia

2) Parapatria: populações de

espécies em contato geográfico,

sem sobreposição

1

A B

2

A B

3

A B

3) Alopatria: populações de

espécies em áreas geográficas

exclusivas

1) Simpatria: populações de

espécies em uma mesma área

geográfica

Vicariância x Dispersão:

modelos para inferência de

mecanismos de especiação

(Extraído de Crisci et al. 2003)

Quais os principais objetivos da Biogeografia?

Entender os processos e padrões de distribuição, bem como

entender os fatores que causam e mantém esses padrões e

processos

Quais as principais questões da biogeografia?

1- Por que as espécies (ou taxa superiores) estão distribuídos onde estão?

2- Por que a diversidade e a composição taxonômica das biotas variam de

região para região?

3- Onde as espécies originaram-se?

4- Quais os mecanismos responsáveis pela distribuição atual das espécies?

Adansonia digitata L. (baobá)

Cavanillesia arborea K.Shum.

(barriguda)

Por que determinadas espécies e

determinados grupos de organismos

são encontrados em certas

localidades e em outras não?

Por que as regiões tropicais

apresentam alta

biodiversidade?

Andes Tropicais

Floresta Amazônica

Por que em algumas

localidades existe um número

reduzido de espécies mas o

número de indivíduos

(abundância) de algumas

dessas espécies é alto?

Prairies

(América do Norte)

Pampas

(Região sul do Brasil)

•  Quais os padrões de

distribuição das espécies?

•  Quais os fatores que

determinam esses padrões?

Padrão megatérmico

Distribuição ampla

Padrão mesotérmico

Distribuição restrita

Croton sphaerogynus Baill.

Croton glandulosus L.

Grupos Cosmopolitas

Onagraceae

Fuchsia

Orchidaceae

Espécie endêmica do Estado de

São Paulo (Serra do Mar)

Endemismos

Croton priscus Croizat

Foto

: R. R

iina

Distribuição disjunta entre

restinga e campo rupestre

(Giulietti & Pirani , 1988; Cordeiro, 1992)

Disjunções

Phyllanthus klotzschianus Müll.Arg.

Hemisfério Sul: exemplos clássicos de disjunções

Nothofagus Hebe

1- Australia, Nova Zelândia e América do

Sul eram originalmente parte do

supercontinente Gondwana. As linhagens

ancestrais foram parte de uma flora

Gondwana contígua que foi subdividida

pela “quebra” desse supercontinente.

2- Apesar das grandes distâncias

envolvidas, plantas eram capazes de

moverem-se entre eles depois da quebra

do supercontinente Gondwana .

Distribuição “austral”: hipóteses

Disjunções no Hemisfério Norte

Rhododendron

Phryma

Styrax

(Extraído de Milne, 2006)

Em certos períodos durante o Pleistoceno, as temperaturas tornaram-se frias o suficiente para boa parte da água da Terra se tornar gelo. O nível do mar recuou e o estreito de Bering entre

Alasca e Sibéria tornou-se uma ponte natural (dispersão) ou uma barreria geográfica (vicariância) para diversos organismos.

Disjunções no Hemisfério Norte: interpretações Floras relictuais do “terciário”

•  Evolução

•  Adaptações fisiológicas e ecológicas

•  Mecanismos de dispersão

•  Competição

•  Sucessão ecológica

•  Mudanças climáticas

•  Mudanças no nível do mar

•  Deriva continental

•  Impacto ambiental (direto ou indireto)

Os padrões encontrados atualmente podem ter sido determinados

por diversos fatores:

Como responder a essas questões? Métodos em Biogeografia

Métodos tradicionais em Biogeografia histórica

1 - Descrever

Documentação da extensão geográfica dos taxa; composição de

espécies de uma área; regiões biogeográficas.

Descreve os padrões atuais

2 - Interpretar

Sintetiza dados descritivos; desenvolve hipóteses para explicar os

padrões de distribuição; faz predições.

Explica os padrões no tempo/espaço

Abordagem tradicional: puramente narrativa

Baseada em observação e pressupostos de processos e eventos ocorridos.

Como testar as hipóteses?

- Centros de origem e dispersão: Darwin and Wallace

- Panbiogeografia: Croizat

- Biogeografia Filogenética: Hennig and Brundin

- Biogeografia Cladística: Rosen, Nelson, and Platnick

- Filogeografia: Avise

- Análise de parcimonia de endemismos: Rosen

- Método baseado em eventos: Ronquist

- Método de áreas ancestrais: Bremer

Métodos em Biogeografia

- Centros de origem e dispersão: Darwin and Wallace

- Panbiogeografia: Croizat

- Biogeografia Filogenética: Hennig and Brundin

- Biogeografia Cladística: Rosen, Nelson, and Platnick

- Filogeografia: Avise

- Análise de parcimonia de endemismos: Rosen

- Método baseado em eventos: Ronquist

- Método de áreas ancestrais: Bremer

Métodos em Biogeografia

A idéia de León Croizat: Panbiogeografia

León Croizat (1894-1982)

“A Terra e a vida evoluem juntos”

Mapeamento das distribuições de

grupos de organismos e verificação de

sobreposições.

Modificado de Croizat (1952, 1958, 1960, 1964)

-  Distribuições individuais unidas por traços

-  Descoberta de traçados generalizados

-  Busca de explicações gerais para estes fenômenos

Biogeografia Cladística

Cladística: relações evolutivas dos grupos baseada na ancestralidade comum exclusiva.

Biogeografia cladística: filogenias e as relações entre áreas de ocorrência das espécies.

Similaridades são o resultado de ancestralidade comum exclusiva

Ø  Padrões de distribuição comuns requerem explicações gerais

(Panbiogeografia)

Ø  Conexões passadas ou movimentos entre áreas geográficas podem ser

inferidas através da sobreposição de filogenias e mapas de distribuição

(Biogeografia Filogenética)

Idéia básica: as filogenias das linhagens que tenham padrões de distribuição compartilhados

devem ser a mesma e concordante com a história geológica

Distribuição geográfica e cladograma de três espécies hipotéticas (A, B e C): busca de hipóteses. (adaptado de Morrone & Crisci, 1995)

Biogeografia Cladística

1 – O tempo não é considerado, não é possível saber se os padrões são

resultado dos mesmos processos

2 – A dispersão é tida como um processo raro e estocástico que não pode ser

esperado para padrões compartilhados por grupos não diretamente

relacionados

Biogeografia Cladística: principais problemas

Como considerar o tempo?

Fósseis?

Mas a datação de linhagens

através de fósseis não é

possível para a maioria dos

grupos ...

Populus (Eoceno, Utah)

Relógio molecular

Ø  Zuckerkandl e Pauling (1962, 1965)

Ø  O número de substitiuções no DNA entre as

sequencias é uma função do tempo (constante para todas as linhagens)

Ø  Atrativo: Se evoluem a taxas constantes, podem

ser utilizadas para datar a divergência entre as

espécies!

Ø  Taxas de divergência moleculares entre as

espécies: estimar o período geológico que

determinados taxa ou genes divergiram.

Emile Zuckerkandl

Linus Pauling (1901-1994)

Todos os esses métodos são muito úteis para o melhor entendimento

dos questionamentos em biogeografia, mas ainda apresentam

limitações...

Ainda é necessário o desenvolvimento de novos métodos e

aprimoramento de alguns já existentes.

Quais as aplicações da biogeografia?

Monitoramento Ambiental determinar os efeitos das mudanças ambientais e suas taxas de ocorrência

De Groot et al. (1995): Identificação e

uso de bioindicadores para acessar

possíveis efeitos de mudanças

climáticas na Europa.

Nymphalis antiopa

Asio otus

Saúde Pública

(modificado de Spellerberg & Sawyer, 1999)

Vetor da doença que pode ter a distribuição afetada por

mudanças climáticas Organismo Nome

Doença

Malária Plasmodium falciparum, P. vivax, P. ovale, P. malariae

Anopheles

Febre amarela Aedes aegypti Flavivirus sp.

Leishmaniose Plebotomines sp. Leishmania sp.

Doença de Chagas Reduviidae Trypanossoma cruzi

Efeitos das mudanças climáticas na distribuição de vetores de doenças.

Modelos biogeográficos: aplicados na projeção de distribuição.

Modelagem de nicho ecológico ferramenta para estudos biogeográficos: explicar e predizer a distribuição de organismos

Predição de distribuição (SDM - Species

Distribution Modelling) Modelagem

(GARP, Minimum distance, Bioclim)

Dados ambientais

Dados de ocorrência

SIG

•  Quais os fatores ambientais relacionados com a

distribuição geográfica das espécies?

•  Quais as áreas prováveis de ocorrência das espécies?

Aplicação de classes de solos em modelos de distribuição de espécies Croton laceratoglandulosus Caruzo & Cordeiro

Avaliação do estado de conservação de espécies Categorias de acordo com a IUCN (International Union for Conservation of Nature)

•  *Extintas: espécies que não existem mais na

natureza.

•  Em perigo: espécies que têm grande

probabilidade de extinção.

•  Vulneráveis: espécies que podem se tornar

ameaçadas (suas populações

estão diminuindo em tamanho em toda a sua

extensão).

•  Raras: espécies que têm um número reduzido de

indivíduos.

•  Insuficientemente conhecidas: não são

suficientemente conhecidas para serem

classificadas.

*Nidularium itatiaiae L.B. Sm.

Utilização de dados de distribuição para categorização.

Como a biogeografia pode auxiliar na conservação

da biodiversidade?

“Uma das questões básicas relacionada a conservação da biodiversidade é

meramente biogeográfica: como determinar onde se deve investir os poucos

recursos financeiros e humanos a fim de minimizar a perda da

biodiversidade”

(Platnick, 1992)

Áreas Protegidas Planejamento e estabelecimento de estratégias para a conservação da biodiversidade

•  Onde devem ser estabelecidas as áreas de proteção ambiental?

•  Qual o tamanho que essas áreas de proteção devem ter?

•  Como essas áreas devem ser administradas?

Áreas de riqueza por número de espécies

Áreas de riqueza de serpentes no município

de São Paulo

Oxyrhopus guibei

(cedido por F.E. Barbo)

(Fot

o: F

.E. B

arbo

)

Áreas endêmicas

Estabelecimento de áreas com maior número de endemismos

Áreas endêmicas são áreas que possuem altos índices de endemismo,

mostrando que talvez existam elementos históricos vinculados a

esse padrão, sob o aspecto evolutivo da formação da área.

Qual o futuro da Biogeografia?

Principal limitação: grande número de espécies não descritas (Spellerberg & Sawyer, 1999).

- Sistemática: continuará como provedora de dados básicos para a biogeografia

-  Necessidade: mais profissinais atuantes (sistematas e biogeografos)

-  Desenvolvimento de métodos mais adequados

-  Disseminação da informação biogeográfica

-  Necessidade: no monitoramento ambiental, na conservação de espécies e

comunidades, na saúde pública e em estudos ecológicos.

“We cannot make good decisions about conservation of nature if

we do not know what is there and where it is.”

(Spellerberg & Sawyer, 1999)

A Biogeografia é essencial para o entendimento dos processos e

padrões de distribuição dos organismos, além de ser um importante

instrumento para a manutenção dos recursos naturais e conservação da

biodiversidade.