Fundamentos de Ecologia e de Modelagem Ambiental …Padrões Globais de Biodiversidade •Padrões...

CST-304-3 - Fundamentos de Ecologia e de Modelagem Ambiental aplicados à conservação da

Biodiversidade

Dalton M. Valeriano

Silvana Amaral

Camilo Rennó

Eduardo Arraut

AULA – Padrões Globais de Biodiversidade

Padrões Globais de Biodiversidade

• Distribuição da biodiversidade na Terra - poucos padrões espaciais de larga escala.

++ Gradiente --


• Entender Padrões Globais (“febre” década 90):1. Mais dados (id de spp + ocorrências + mapas de distribuição + RS) e

ferramentas (analíticas) disponíveis

2. Preocupação com o futuro da Biodiversidade – status atual, predições MC, e estratégias para conservação/uso sustentável

Fácil Solução: Resolver a incompatibilidade de escalas:

m2 no campo x modelos de mudanças de uso da terra/clima


• Estudos de padrões globais:- Hotspot e coldspots da diversidade biológica- Comparações entre reinos e regiões biogeográficas- Variações com escala espacial (sp-área e riqueza loca-regional)- Gradientes (lat, long, alt, profund, penínsulas, baias, isolamento,

produtividade/energia e aridez)

- Formas de vida (genes – ecossistemas), análises de variação espacial de biodiversidade => Riqueza de spp

- Sp como unidade biológica e facilidade de acesso a dados.

Muita atenção para a variação latitudinal de riqueza de spp, Pouco se sabe sobre a diversidade genética, de indivíduos ou

populações no gradiente latitudinal

- Artigo se propõe a apresentar a interação entre fatores para os padrões globais de biodiversidade


• Padrões de Riqueza a) minhocas em áreasque variam de 100 m2 para> 500 mil km2 em toda aEuropa


• Padrões de Riquezab) aves em quadrículas

(~ 611 mil km2) em todo o Novo Mundo


• Padrões de Riquezac) peixes lacustres na

América do Norte (laranja - grandes lagos, azuis – pequenos lagos)


• Padrões de Riquezad) morcegos em Manu

Parque Nacional e Reserva da Biosfera, Peru.


• Padrões de Riquezae) plantas lenhosas em

quadrículas (20.000 km2) no sul da África.


• Padrões de Diversidade no Tempo Geológico da Terra


• Padrões de Diversidade em Gradientes de Latitude

Mapa da diversidade de espécies vegetais por superfícies de densidade (número de espécies por 10.000 km2) nas Américas e no número de espécies de plantas por 0,1 hectares, em diferentes localidades .

Cada barra representa o valor médio para os locais de várzea (até1000 m acima do nível do mar), localizado na proximidade dentro de uma faixa latitudinal. (O número de sites para cada valor médio varia)


• Gradientes de Latitude na riqueza de spp- Maior proporção de spp terrestres e de água doce ocorre nos trópicos

- (Protistas, árvores, formigas, pica-paus e primatas)

- Considerando tb gradiente de resoluções espaciais

- Gradiente pode ser íngreme (área =: n sp trópicos >>> temperada)

- Refinamentos:- Declínio de riqueza com latitude é mais rápido no Hemisfério N que no S !

- Pico de riqueza não está no Equador, mas longe dele!

- Não é tão surpreendente: ocorre no clima atual, no eventos climáticos históricos, e na complexidade de geometria e área de terra e oceano.

- O gradiente Latitudinal da riqueza de sp é uma abstração grosseira!- Padrões subjacentes são perturbados por variações de outras variáveis de posição (long, alt,

depth) e ambiental (topografia, aridez). O Padrão detalhado / lat depende de onde se olha, refletindo o padrão geral de variação espacial de riqueza

- Lat não pode ser determinande de riqueza per si, mas uma correlata de fatores ambientais

- Gradiente latitudinal é um consequência da variação espacial do balanço:

(+) Especiação e imigração de spp

(-) Extinção e emigração de sppX


• Gradientes de Latitude na riqueza de spp - ÁREA

Extensas áreas: especiação e extinção (global e regional) dominantes, (i)emigração são menos importantes;

Inúmeras explicações para riqueza dos trópicos: chance, perturbações históricas, estabilidade ambiental, heterogeneidade de habitats, produtividade e interações interespecíficas;

Modelos da estrutura física da Terra pra tentar desvendar o gordian knot... 1. Modelo nulo – sem gradiente, associação aleatória com latitude

- Aplicável para distribuições limitadas por limites físicos

2. Importância da área (trópicos - maior superfície de clima similar)- área das superfícies/lat decrescem para os pólos- gradiente de T não é linear em direção aos pólos- zonas climáticas semelhantes ao N e S

ASSIM: áreas maiores >> maiores taxas de especiação >> menores P de extinção Regiões Tropicais tem maior riqueza de extratropicais

Porém, e o gradiente? Zonas ecoclimáticas deveriam ser representadas no modelo. (São maiores em altas latitudes !!!!!!!!!!)

(+) Especiação e imigração de spp

(-) Extinção e emigração de sppX


• Gradientes de Latitude na riqueza de spp - ÁREA

Zonas ecoclimáticas deveriam ser representadas no modelo. (São maiores em altas latitudes !!!!!!!!!!)

a) Baixa produtividade/energia em altas latitudes reduzem a riqueza (compensando o efeito de área sozinho)

b)”zonal bleeding” de sp tropicais para regiões extra-tropicais suavizam o gradientec) A grande variabilidade climática das altas latitudes aumentam a área da zona

ecoclimática q a sp pode ocupar => indivíduos devem ter ampla tolerância ambiental

Se um padrão é comum a muitos taxa, deve ser resultante de um mesmo mecanismo

Padrões de biodiversidade são provavelmente gerados por muitos mecanismos contribuintes.

O mais forte e mais geral pode ser aquele conde todos os diferentes mecanismos conduziram para a mesma direção

Vários mecanismos para o gradiente latitudinal foram identificados, e apesar de poucos processos se oporem a esta tendência, nenhum mecanismo sozinho provou ser suficiente !


• Relações spp-energia- N de sp x energia disponível no ambiente (NPP)

- Escala espacial na observação?

Escala LOCAL- hump-shaped relationship

- Temperado-polos (Fig) relação (+) e monotônica

- Plantas – melhor com calor e H2O: evapotr. atual e NPP

- Animais –melhor com calor : T média anual e evapotr. potencial

Escala Geográfica - ??- Positiva e monotônica , podem quebrar (?)

- As relações dependem da medida de energia e o táxon em questão

- Relação positiva esperada:

+ energia => + biomassa=> mais indivíduos coexistindo => mais spp em abundâncias que mantêm pop viáveis > Riqueza

(se há equivalência entre spp e as demandas de Energia viável)

E Ainda

(fauna) Dens média e tamanho do corpo de spp ↓ com ↑ Energia

a ) Mean monthly summer temperature (oC) and richness of breeding birds in Britain (grid cells of 10 km x 10 km).

b) Mean annual sea surface temperature and richness of eastern Pacific marine gastropods (bands of 1o latitude).

c) Potential evapotranspiration (mm yr–1) and richness of Epicautabeetles (Meloidae) in North America


• Relações spp-energia - Comparável com o padrão de sp-área:

1. Ambos – variação de energia solar e água. (Zonas ecoclimaticas, latitude, area, energia ) => joint effect

2. Modelo de área- área~riqueza devido ao tamanho do gradiente geográfico

Modelo mais indivíduos : Energia influencia Sriqueza pelo tamanho da pop

Relação geral positiva interespecífica entre tamanho total de pop(densidade local) e tamanho do gradiente geográfico

Ambos mecanismos dependem de algum fator que influencia a biomassa a ser trabalhada em especiação e extinção, que será um produto de área e energia disponível por unidade de área.

POR ISSO: pequenas áreas tendem a ser pobres em spp mesmo com alto input de energia, enquanto que áreas extensas tendem a ser pobre em espécies se há pequeno input de energia!

DIFICULDADES:1. N de indivíduos ↑ energia e biomassa total pode não valer para plantas (biomassa e n ind x riqueza de spp animais tb é desconhecido)

2. Muitos taxa usam uma pequena porção da energia total disponível => difícil de obs a relação ssp-energia. Ex AVES

3. Muitos casos não consideram a variância dos níveis de energia para a riqueza das spp. (Energia alta, com variabilidade alta, nãocondicionaria a mesma riqueza). Sistemas marinhos tem relação positiva entre E e var => explicaria pq riqueza não estaria associada a alta produtividade

4. Escalas regionais – a riqueza não é resultante de condições ambientais, especiação e extinção não operam nesta escala. Se o mod de mais-individuos for usado, deve pressupor que as condições presentes são proxies das passadas, ou pelo menos de diferenças relativas

- Ainda pode-se discutir a o papel da disponibilidade de energia e dos Fatores históricos para os padrões globais (arvores em florestas tropicais principalmente)??

- Diferença entre continentes e latitudes vem da var da evapotransp anual atual ou dos processos evolutivos e geográficos de long-tempo?? Filogenia molecular pode dar algumas dicas!


• Relações entre riqueza local e regional “… knowledge of the roles of pattern and process at different scales is at the very heart of an understanding of

global variation in biodiversity. “

- Tipo I – S local pode ser diretamente proporcional a S regional (mas menor q) , seguindo um modelo de amostragem proporcional

- Tipo II - com ↑ S regional, S local pode atingir um patamar, acima do qual ele não cresce, apesar do aumento da S regional

Maioria é Tipo I

- Exs. S regional explica muito (75%) da variância da S local; e S local contribui (>50%) para a S regional- Observações em gradientes espacial de riqueza local e regional

Não confundir mecanismo com padrão!Tipo I dominante: não há limite para diversidade local:

a. Relações ecológicas não são forte suficiente para reduzir Sb. Energia limitaria n indivíduos localmentec. Em contradição com variação regional da Diversidade beta (β = S/α (α= local S)

Então>>>Uma comunidade local é composta a partir de um pool regional de spp.!Tamanho e estrutura deste pool vai depender de processos regionaisIncluindo efeitos geofísicos, história, processos eco e evolutivos de larga escalaComo migração, invasão, especiação e extinção regional.

Estruturas locais e regionais de “assembléias” são inseparáveis!!!! c) peixes lacustres América do Norte (laranja -grandes lagos, azuis – pequenos lagos)


• Covariância Taxonômica em S“… knowledge of the roles of pattern and process at different scales is

at the very heart of an understanding of global variation in biodiversity. “

- Para grupos terrestres e de água doce, há maior riqueza nos trópicos q em z temperadas, em baixas ao invés de altas elevações e em florestas que em desertos. ENTAO.... seria esperado que:

- A riqueza regional de diferentes grupos teriam covariação positiva, e como riqueza local e regional são correlacionadas, riqueza local seria tb correlacionada com regional.

- MAS sempre há um mismatch deste padrão pra atrapalhar, um pico fora de lugar... Ou a correlação é fraca entre os grupos, ou de limitado valor preditivo. (FIG)

- Efeito de esforço de captura – problema para comparar grupos

- Falta de conhecimento taxonômico, ou viés pela afinidade taxonômica

- Mesmo se dois grupos tem gradiente similar de diversidade, há diferenças entre as tendências. Ex. grupos com picos de diversidade em médias-altas latitudes

- Exceções tendem a ser mais frequentes em baixos níveis taxonômicos que em altos.

Riqueza de espécies de diferentes grupos de vertebrados (células de 240 x 240 km) em toda a Austrália. a) os pássaros, b) rãs e c) cobras, com marsupiais


• Heterogeneidade de Habitats

e distância dos centros de dispersão....

- Particularidade / grupo


Conclusões• Boa parte da variação regional de S pode ser explicada estatisticamente por poucas variáveis ambientais• PORÉM... Longe de ser uma teoria preditiva para S !!!

? Contingências evolvidas nos padrões, e a significância

N de spp é determinado pelas taxas de nascimento, morte, i(e)migração, das spp em uma área.

Taxas são determinadas pelos fatores bióticos e abióticos agindo em escalas locais e regionais.

Apesar de múltiplos fatores contribuírem, se um influencia em um eixo espacial (eg latitude), os outros serão mantidos ... (???) Relações entre S e energia foi considerada associada aos gradientes de latitude, elevação e profundidade.

Não é apenas a situação atual dos fatores que importa, mas também suas dinâmicas históricas.

IMPORTANTE:- informações desde geneticistas até ecólogos de ecossistemas para estudar os padrões- nenhum mecanismo único explica um padrão- padrões observados podem variar com a escala espacial- processos em escalas regionais influenciam patrões em escalas locais- nenhum padrão é livre de variações e exceções!

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