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
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
biogeografia;
2. Padrões e processos;
3. Escalas e hierarquias;
4. A questão da historia;
5. O conhecimento da diversidade;
6. Arcabouço (framework) básico
e
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)
MacArthur & Wilson 1963, 1967
Robert Helmer MacArthur
(1930-1972)
MacArthur, R. H. & Wilson, E. O. 1967. The theory of island
biogeography.
Monographs in population biology. Princeton
University Press, Princeton, NJ.
E. O. Wilson
Areografia
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)
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
Ecologia geográfica e macroecologia
J. H. Brown
1-D
(“latitude”)
2-D
(mapa)
1. 2. PADRÕES & PROCESSOS
Padrão – ordem, arranjo, regularidade
G. E. Hutchinson
(1903-1991)
Padrão – ordem, arranjo, regularidade
G. E. Hutchinson
(1903-1991)
Gradientes de diversidade
Von Humboldt
Relação espécie(riqueza)-área
Foster
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” 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 & Evolução
RELACOES 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!)
N&C impact factor is
now 1.47!!!!
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‘Fundamental
Biodiversity
Units ‘
1. 3. ESCALAS & HIERARQUIAS
-Escalas -> local, regional, continental (?);
-Hierarquia ->populações, comunidades, assembléias (?)
Continuum...
1. 4. A QUESTÃO DA HISTORIA
John Wiens
Michael Donoghue
Ecologia versus Historia (1980’s)?
David Currie
Robert Ricklefs
Ecologia + “Historia” (2000’s)?
John Wiens
Michael Donoghue
“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)
Derived groups
r2 = 0.712
Niche conservatism
Basal groups
r2 = 0.986
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)
Linnaeus
Muitas espécies ainda não foram
descritas pela ciência
Wallace
Desconhecimento
sobre
a
distribuição de muitas espécies
(1707-1778)
(1823-1913)
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).
1910
(r = 0.512; P = 0.043; v* = 14)
Average description date
1900
1890
1880
1870
1860
1850
1840
1830
3.0
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5
6.0
6.5
7.0
Human population size (log)
Assim, novas descrições são dependentes da ocupação humana (e.g. criação
de centros de pesquisa)
Outros padrões de descrição de espécies de
anuros
Espécies que foram descritas recentemente apresentam, em
geral, menor massa corporea...
Description date
1980
1920
1860
1800
1740
2.2
2.8
3.4
4.0
Body size (log)
4.6
5.2
Espécies que foram descritas recentemente apresentam, em geral, menor
distribuição geográfica...
Description date
1980
1920
1860
1800
1740
8
9
10
11
12
13
14
Geographic range size (log)
15
16
17
Cumulative count of species
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!!!!)
150
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
1720
1760
1800
1840
1880
1920
Description date
1960
2000
2040
Um modelo para explicar a relacao entre ocupacao humana e media das
datas de descricao em uma escala macroecologica
29 descrições de novas espécies de anfíbios, para uma área de 2,5 milhões
km2 (pouquíssimo estudada), parece razoável: No mundo...
Köhler et al. (2005)
Desafiando as restrições de Linnaeus e Wallace: gradientes de conhecimento e
planejamento da conservação no Cerrado
K
K
T
K
A
1. 6. Bases para o arcabouço conceitual
Espécies
“Partículas”
ecológicas
Locais, regiões
ou assembléias
2. 1. DADOS MACROECOLOGICOS
Um “SIG” simples...
Quad\especies
Sp1
Sp2
Sp3
...
Spn

A1
A2
A3
A4
...
Ak
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
...
...
...
...
1
1
1
1
0
0
1
...
1










RANGE
234
211
222
Riqueza
(S)
32
33
37
35
16

...
134
Estruturação de dados macroecológicos
- Matriz de incidência e seus descritores
-
Case: 663
Hharpyja_occur
Longitude (X Centroid): -118.5 Latitude: 53
1
Hharpyja_occur: 0
0.95
70
0.9
65
60
55
50
0.85
45
40
35
30
0.8
25
20
15
0.75
10
5
0
-5
0.7
-10
-15
-20
-25
0.65
-30
-35
-40
-45
0.6
-50
-165 -160 -155 -150 -145 -140 -135 -130 -125 -120 -115 -110 -105 -100
-95
-90
-85
-80
-75
-70
-65
-60
-55
-50
-45
-40
-35
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
0.05
0
Case: 2848
Harpia harpyja_range
Longitude (X Centroid): -68.5 Latitude: -13
1
Harpia harpyja_range: 1
0.95
NatureServe
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
Case: 2623
maxent
Longitude (X Centroid): -71.5
1
Latitude: -3
maxent: 0.942
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
Um modelo
de nicho
(MAXENT)
0.2
0.15
0.1
0.05
0
Case: 2623
maxent
Longitude (X Centroid): -71.5
1
Latitude: -3
maxent: 0.942
0.95
0.9
0.85
Mapa de
adequabilidade
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
(“suitability”)
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?
Case: 3530
S9
Longitude (X Centroid): -57.5
Latitude: -1
S9: 1
Mapas discretos (ocorrência)
S > 0.9
Case: 2623
maxent
Longitude (X Centroid): -71.5
1
Latitude: -3
maxent: 0.942
0.95
0.9
0.85
Case: 2939
S7
Longitude (X Centroid): -67.5
Latitude: 3
S7: 1
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
?
S > 0.7
0.55
0.5
0.45
0.4
0.35
0.3
0.25
0.2
0.15
0.1
Case: 3125
0.05
0
S > 0.5
S5
Longitude (X Centroid): -64.5
Latitude: -15
S5: 1
Matriz de incidência e seus descritores
Case: 3530
S9
Longitude (X Centroid): -57.5
Latitude: -1
S9: 1
Quad\especies
Sp1
Sp2
Sp3
...
Spn

A1
A2
A3
A4
...
Ak
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
...
...
...
...
1
1
1
1
0
0
1
...
1










RANGE
234
211
222
Riqueza
(S)
32
33
37
35
16

...
134
-
Matriz de incidência e seus descritores
Case: 3530
S9
Longitude (X Centroid): -57.5
Latitude: -1
S9: 1
Node level
Quad\especies
Sp1
Sp2
Sp3
...
Spn

A1
A2
A3
A4
...
Ak
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
...
...
...
...
1
1
1
1
0
0
1
...
1










RANGE
234
211
222
Riqueza
(S)
32
33
37
35
16

...
134
-
Matriz de incidência e seus descritores
Case: 3530
S9
Longitude (X Centroid): -57.5
Latitude: -1
S9: 1
Link level
Quad\especies
Sp1
Sp2
Sp3
...
Spn

A1
A2
A3
A4
...
Ak
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
...
...
...
...
1
1
1
1
0
0
1
...
1










RANGE
234
211
222
Riqueza
(S)
32
33
37
35
16

...
134
-
Adicionando outras variáveis à matriz básica
Quad\especies Sp1
Sp2
Sp3
...
Spn

A1
A2
A3
A4
...
Ak
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
...
...
...
...
1
1
1
1




0
0
1




RANGE
234
211
222
X1 tamanho
X2 densidade
X3 life
history
…
Xp
...
1
Riqueza
(S)
X1 X2 X3 ... Xp
32
33
Descritores
37
das
35
 16

...
134
Descritores das
espécies...
-
células...
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
CÉLULAS
DAS
-Variáveis
frequente);
(mais
climáticas
-Processos ecofisiológicos e clima;
-A questão
resolução;
das
-Outras variáveis
filogenéticas);
escalas
(e.g.,
e
da
métricas
DESCRITORES
ESPÉCIES
DAS
-Variáveis
macroecologicas
“classicas” (tamanho do corpo,
abundância, distribuição geográfica);
-Variação inter e intra-especifica
Variáveis macroecológicas em
Brown & Maurer...
Distribuição Geográfica
Geográfica
Macroecologia
Demográfica
Abundância
Metabólica
Tamanho do corpo
Quad\especies Sp1
Sp2
Sp3
...
Spn

Riqueza
(S)
X1 X2 X3 ...
32
33
37
35
A1
A2
A3
A4
...
Ak
1
0
0
0
0
0
0
1
1
1
1
0
...
...
...
...
1
1
1
1




0
0
1
...
1

 16



RANGE
234
211
222
Xp

...
134
-
X1 tamanho
X2 densidade
X3 life
history
…
Xp
Padrões espaciais e
filogenéticos