Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com

Ecologia de Populações

Modelagem do Nicho Ecológico:

Uma ferramenta para avaliar os padrões de distribuição de populações

Nicho Fundamental

Nicho Realizado R0 > 1.0

R0 < 1.0

O conceito do nicho e populações

predação

competição

Fator I

Fat

or I

I

Paisagem

Características da espécie • densidade em ecotopos diferentes • tamanho da área vital • distancia de dispersão • barreiras específica a espécie

Índices de

Paisagem

De escalas

ecológicas Padrões de

Sustentabilidade

Específicos a espécie

sustentabilidade

Geographic Space Ecological Space

occurrence points on native distribution

ecological niche modeling

Projection back onto geography

Native range prediction

Invaded range prediction

Modelagem do Nicho Ecológico

temperature

Model of niche in ecological

dimensions

pre

cip

ita

tion

Espaço geográfico Espaço ecológico

Modelagem de nicho ecológico

Pontos de ocorrência na amplitude original

Projeção a geografia

Amplitude original prevista

Previsão da amplitude após

Modelo das dimensões do nicho ecológico

Variável 1 V

ariável 2

Modelagem do conjunto de condições ambientais, recursos, interações e outras nas quais uma espécie é capaz manter populações sem imigração

Modelagem do Nicho Ecológico

projete

Altitude (m)

Tipo de vegetação

P, juniper, 2200m, 16C P, pinão, 2320m, 14C A, creosote, 1535m, 22C

Sample 3, lat, long, species, absence

Mean annual temperature (C)

Arquivo de Access

Arquivo deExcel

Dados integrados

Sample 2, lat, long, species, presence

Amostra 1, latitude, longitude, espécies, presença

Exemplo: Integração de Pontos e Imagens da

Ocorrência de uma Espécie

1. Semântica 2. Escalas compatíveis 3. Re-projetar 4. Amostragem novo do grão 5. Amostrar ocorrências

Amostra 2, latitude, longitude, espécies, presença

Amostra 3, latitude, longitude, espécies, presença

Temperatura anual média (C)

Exemplo hipotético das ocorrências conhecidas (círculos) e inferências dessa

informação

O que é o modelagem do nicho ecológico

A idéia é que as ocorrências conhecidas de uma espécie numa paisagem podem ser relacionadas a dados de raster de SIG que resumem a variação ambiental da paisagem para obter uma representação quantitativa da distribuição ecológica da espécie.

O MNE caracteriza a distribuição de uma espécie no espaço definido por parâmetros ambientais, os quais controlam a distribuição geográfica da espécie sob a definição do nicho ecológico de Grinnell.

Garp

GARP é um algoritmo genético que cria os modelos do

nicho ecológico de uma espécie. Os modelos

descrevem as condições ambientais sob quais a

espécie deve ser capaz de manter suas populações.

For input, GARP usa um conjunto de localidades

pontuais onde a espécie é conhecida ocorrer e um

conjunto de layers geográficos que representam os

parâmetros ambientais que possam limitar a

capacidade de sobrevivência da espécie.

Espaço geográfico Espaço ecológico

Pontos deOcorrencia sobre a distribuição

nativa

Modelagem do Nicho Ecológico

Projeção a geografia

Previsão da amplitude

nativa

Previsão da amplitude

da invasão

Essência da Modelagem do Nicho Ecológico

temperatura

Modelo das dimensões do

nicho ecológico

pre

cip

ita

çap

As aplicações de MNE como GARP podem demonstrar uma capacidade

de previsão excelente para amostras pequenas

As aplicações de MNE Entendimento da Ecologia de Doenças

Em muitos casos, os detalhes dos parâmetros ecológicos

associados com as ocorrências de doenças ou de espécies que participam na transmissão de doenças (como vetores, hospedeiros, patogenos) pode ser ambíguos devido a tamanhos pequenos de amostras, vieses, ou simplesmente a carência de análise geográfica ou ecológica detalhada.

O MNE incorpora um conjunto de fermentas que relacionam as ocorrências conhecidas dessas espécies ou fenômenos aos layers de rasters de sistemas de informação geográfica que resumem a variação em várias dimensões ambientais.

As aplicações de MNE Entendimento da Ecologia de Doenças

O resultado é uma visão objetiva e quantitativa de o que se sabe sobre uma espécie o fenômeno e como isso se relaciona a variação ambiental do paisagem.

Exemplos de estudos usando essas técnicas incluem a

avaliação das diferencias ecológicas dos vetores variados do Mal de Chagas no Brasil e uma caracterização dos atributos ecológicos de surtos de febre hemorrágica causada pelo vírus de Ebola e Marburg

Am. J. Trop. Med. Hygiene 67:516-520 The Triatoma brasiliensis species

complex

A matriz de similaridade ecológica entre populações baseadas na capacidade do modelo de uma população prever a distribuição de outra

Aplicações de MNE Caracterização de Áreas de Amplitude

Geográfica

O MNE é usado para investigar paisagens para

detectar áreas que correspondem as

necessidades ecológicas da espécie

O resultado é uma interpolação entre as locais

conhecidos de amostragem ajudado por

associações observadas entre as espécies e os

atributos ambientais.

Aplicações de MNE

Caracterização de Áreas de Amplitude

Geográfica

O MNE produz previsões estatisticamente robustas das distribuições geográficas de espécies ou fenômenos (ainda em áreas não amostradas), excedendo as expectações sob modelos aleatórios (nulos). Vários exemplos de essa aplicação a estudos de sistemas de doença existem.

Aplicações de MNE Identificação de áreas de invasão potencial a

outras regiões

Os MNEs caracterizam as condições ambientais

gerais da ocorrência de uma espécie.

Se o modelo foi calibrado corretamente, pode ser

usado para procurar áreas de distribuição

potencial.

Por isso, os MNEs podem ser usados para

identificar áreas que correspondem as condições

ecológicas necessárias para uma espécie, ainda se

a espécie não está presente.

Vital, M. V. C. 2005. Modelagem de nicho ecológico utilizando algoritmos genéticos. Dissertação de

Mestrado, Biologia (Ecologia), ICB / UFG, 43 p., Goiânia, GO.

Aplicações de MNE Identificação de áreas de invasão

potencial a outras regiões

Aplicações de MNE Antecipando áreas de risco a mudanças

climáticas Uma extensão lógica do MNE é identificar áreas

potenciais de distribuição para responder perguntas

sobre mudanças geográficas de espécies sob cenários

de mudança climática ou uso da terra.

Esse método é usado no estudo da biodiversidade, com

testes e validações, e com aplicação ampla entre

faunas e floras. Um estudo usou as mudanças de

amplitude induzidas por mudanças climáticas para

inferir a identidade dos vetores Lutzomyia de

leishmaniasis no Brasil.

Aplicações de MNE Identificação de Vetores o Hospedeiros

Desconhecidos Os métodos de MNE podem ser aplicados a várias partes do ciclo de

transmissão de doenças para identificar elementos desconhecidos do

sistema.

A geografia da distribuição dos casos clínicos pode proporcionar

indicadores de quais clades são reservatórios potenciais. Para os

hospedeiros mamíferos do grupo de vetores do Mal de Chagas

relacionados a Triatoma protracta no México, foram identificados

mamíferos de 5 das 5 espécies existentes.

Outras aplicações dos métodos de MNE enfocam no reservatório

misterioso do filoviruses (Ebolae Marburg) ao comparar as

distriabuições dos mamíferos áfricanos com os surtos de filovirus.

Resultados de MNE

Padrões geográficos de riqueza de 17 espécies nativas de roedores.

Sanchez-Cordero e Martinez-Meyer, 2000

Construção d teste de modelos. a) dados de treinamento; b) modelo de previsão.

Peterson, Ball e Cohoon, 2002

Desafios da modelagem do nicho ecológico (MNE)

O MNE tem raízes antigas mas é uma ferramenta nova na ecologia de distribuições e a biogeografia. Por isso existem muitos desafios para refinar técnicas para ter métodos mais sintéticos e inferenciais.

O melhoramento da capacidade de interpolação com precisão e extrapolar com eficiência fica os grandes desafios do MNE.

Outro desafio inclua detalhas da MNE é testar e avaliar os resultados dos modelos.As técnicas atuais se enfocam na capacidade de prever dados de ocorrência independentes data na menor área prevista. Mas, previsões eficientes podem não descrever bem a amplitude geográfica de uma espécie

Desafios da modelagem do nicho ecológico (MNE)

O desafio principal é entender o papel da escala

temporal e espacial. Nosso conhecimento atual sugere

que acertando as escalas temporais e espaciais na

análise podem proporcionar boas oportunidades para a

previsão precisa do comportamento de mudanças

geográficas, invasões e a disseminações de pragas e

doenças

Por isso, a escolha certa de conjuntos de dados

ambientais precisa de muito mais pesquisa.

Desafios da modelagem do nicho ecológico (MNE)

Os dados de clima proporcionam uma aplicação temporal

maior, mas os dados de sensoriamento remoto da

superfície da Terra podem fornecer uma resolução

espacial mais fina e podem medir aspectos de

paisagens ecológicas que os parâmetros de clima não

capturam.

Além disso, porque os sistemas ecológicos geralmente

refletiam interações complexas entre várias espécies,

precisamos detalhar regas de análise e modelagem.

Conclusões

MNE pode resolver vários problemas da resolução

espacial de resumos de risco geográfico e previsão de

amplitudes geográficas.

MNE ainda é um campo novo e deve crescer

exponencialmente no futuro – se ligam.

O uso extensivo de MNE para a biodiversidade pode

servir como marco de qualidade a aceitação dos

resultados