ECOLOGIA GEOGRÁFICA
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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
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!)
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‘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