ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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ECOLOGIA GEOGRÁFICA ECOLOGIA GEOGRÁFICA Prof. Dr. José Alexandre Felizola Diniz Prof. Dr. José Alexandre Felizola Diniz Filho Filho Dr. Fabricio Villalobos Dr. Fabricio Villalobos Departamento de Ecologia, ICB, Departamento de Ecologia, ICB, Universidade Federal de Goiás, BRASIL Universidade Federal de Goiás, BRASIL ( ([email protected] e [email protected] ) )

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ECOLOGIA GEOGRÁFICA. Prof. Dr. José Alexandre Felizola Diniz Filho Dr. Fabricio Villalobos Departamento de Ecologia , ICB, Universidade Federal de Goiás , BRASIL ( [email protected] e [email protected] ). PROGRAMA BÁSICO. - PowerPoint PPT Presentation

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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

(([email protected] e [email protected]))

Page 2: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

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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

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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

Page 5: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

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

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

Vizinhança (neighborhood level)

Limites (boundary level)

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Robert Helmer MacArthur (1930-1972)

Page 8: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 9: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 10: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

J. H. Brown B. A. Maurer

Page 11: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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).

Page 12: ECOLOGIA GEOGRÁFICA
Page 13: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

Relação entre Macroecologia e Biogeografia

Page 14: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

Robert Ricklefs

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Page 16: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

Macroecologia

Page 17: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

J. H. Brown

Ecologia geográfica e macroecologia

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2-D (mapa)

1-D (“latitude”)

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1. 2. PADRÕES & PROCESSOS

Padrão – ordem, arranjo, regularidade

G. E. Hutchinson (1903-1991)

Page 20: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

Padrão – ordem, arranjo, regularidade

G. E. Hutchinson (1903-1991)

Page 21: ECOLOGIA GEOGRÁFICA
Page 22: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

Von Humboldt Foster

Gradientes de diversidade Relação espécie(riqueza)-área

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Processos (mecanismos)

Nicho (adaptativo) – fatores ambientais determinam os padrões

Neutro (estocástico)

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

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

Page 26: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

“ “ Zero-sum” principleZero-sum” principle

Page 27: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

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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

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Metacomunidades e dinâmica neutra

Page 30: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 31: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

‘Fundamental Biodiversity

Units ‘

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

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1. 3. ESCALAS & HIERARQUIAS

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

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

Continuum...

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Page 34: ECOLOGIA GEOGRÁFICA
Page 35: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

John Wiens

Michael Donoghue

1. 4. A QUESTÃO DA HISTORIA

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Robert RicklefsDavid Currie

Ecologia versus Historia (1980’s)?

Ecologia + “Historia” (2000’s)?

John Wiens Michael Donoghue

Page 37: ECOLOGIA GEOGRÁFICA
Page 38: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

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Correspondência entre padrões espaciais e temporais (evolutivos)

Page 40: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

1. 5. O CONHECIMENTO SOBRE A DIVERSIDADE

Page 41: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

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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)

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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...

Page 44: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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...

Page 45: ECOLOGIA 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!!!!)

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

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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...

Page 48: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 49: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

K

KT

KA

Page 50: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

“Partículas” ecológicas

Espécies

Locais, regiões ou assembléias

1. 6. Bases para o arcabouço conceitual

Page 51: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 52: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 53: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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)

Page 54: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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”)

Page 55: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

?

Page 56: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 57: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 58: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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

Page 59: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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...

Page 60: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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)

Page 61: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

DESCRITORES DAS CÉLULAS

-Variáveis climáticas (mais frequente);

-Processos ecofisiológicos e clima;

-A questão das escalas e da resolução;

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

Page 62: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

DESCRITORES DAS ESPÉCIES

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

-Variação inter e intra-especifica

Page 63: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

Geográfica

Demográfica Metabólica

Macroecologia

Distribuição Geográfica

Abundância Tamanho do corpo

Variáveis macroecológicas em Brown & Maurer...

Page 64: ECOLOGIA GEOGRÁFICA

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