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Biodiversidade
01/06/2015
Ecologia de Populações e Comunidades 2015
Conteúdo
• Que é biodiversidade?
▫ Biodiversidade genética, de organismos, e ecológica
• Quanta biodiversidade há na terra?
• Biodiversidade no tempo
• Biodiversidade no espaço
▫ Gradiente latitudinal
▫ Gradiente altitudinal
• Ameaças à biodiversidade
• Porque biodiversidade é importante?
Que é biodiversidade? • „Biological diversity“
• Um conceito incluindo todos as formas, níveis e combinações da variedade natural em todos os níveis de organização biológica (Gaston in Sodhi, Ehrlich eds. 2010)
• Definição da „International Convention on Biological Diversity“ (CBD):
“Biodiversidade é a variabilidade de organismos vivos de todas as
origens, compreendendo, dentre outros, os ecossistemas terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem parte; compreendendo ainda a diversidade dentro de espécies, entre espécies e de ecossistemas.”
bd.eionet.europa.eu
Que é biodiversidade?
Quanta biodiversidade há na terra?
• Inclue os componentes genéticos e a variação entre indivíduos e populações
Quanta biodiversidade há na terra?
• inclue os componentes genéticos e a variação entre indivíduos e populações
• medida mais básico: quantidade de DNA num cromossomo
• há grande variedade em termos e números em todos os níveis
Quanta biodiversidade há na terra?
• Conhescimento em todas as níveis muito escassso
Quanta biodiversidade há na terra?
• Conhescimento em todas as níveis muito escassso
• Número de procariotas foi estimado em 4-6 x 1030 (estrelas no universo: 1 x 1022)
Procariotas: Organismos unicelulares sem núcleo (Bactérias e Archae)
Quanta biodiversidade há na terra?
• Conhescimento em todas as níveis muito escassso
• Número de procariotas foi estimado em 4-6 x 1030 (estrelas no universo: 1 x 1022)
• Número de indivíduos de nematodas/m2 de terra: 105-108
Em contraste: 1011 aves na terra intereira em cada ponto no tempo (= menos do que 17 por cada pessoa)
Quanta biodiversidade há na terra?
• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas
• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas •
Quanta biodiversidade há na terra?
Espécies em total: 3,5 – 108 milhões Espécies descritas: ~2 milhões
Quanta biodiversidade há na terra?
• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas •
Espécies em total: 3,5 – 108 milhões Espécies descritas: ~2 milhões
Erros na estimativa 1. Muitas espécies foram descritos várias vezes
(sinonímia) 2. Uma espécies descrita pode na verdade conter
várias espécies (espécies crípticas)
Quanta biodiversidade há na terra?
• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas • Novas espécies descritas por ano: ~13000 (média de 36 espécies por dia)
Espécies em total: 3,5 – 108 milhões Espécies descritas: ~2 milhões
Quanta biodiversidade há na terra?
• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas • Novas espécies descritas por ano: ~13000 (média de 36 espécies por dia)
Espécies em total: 3,5 – 108 milhões Espécies descritas: ~2 milhões
Assumindo 8 milhões de espécies em total, precisamos mais de 600 anos para a descrição deles (50 mil = 3800 anos)
Quanta biodiversidade há na terra?
• Folhas de 9 árvores inhabitaram 95-671 espécies de bacterias, somente 0.5% comum entre os árvores e quase todas desconhescidas • Novas espécies descritas por ano: ~13000 (média de 36 espécies por dia) • a amostra e desviado: espécies novas são maior, abundante, distribuidas, de zonas temperadas
Espécies em total: 3,5 – 108 milhoes Espécies descritas: ~2 milhoes
Assumindo 8 milhões de espécies em total, precisamos mais de 600 anos para a descrição deles (50 mil = 3800 anos)
Quanta biodiversidade há na terra?
• Dado as proporções de espécies desconhescidas, é muito provável que grupos taxonómicos superiores inteiras são desconhescidas
Quanta biodiversidade há na terra?
• Dado as proporções de espécies desconhescidas, é muito provável que grupos taxonómicos superiores inteiras são desconhescidas
Quanta biodiversidade há na terra?
• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós
Quanta biodiversidade há na terra?
• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós • porém, em termos e classificar biodiversidade, diversidade ecológico é menos satisfatório porque:
Quanta biodiversidade há na terra?
• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós • porém, em termos e classificar biodiversidade, diversidade ecológico é menos satisfatório porque: 1. Limites entre elementos (por ex. habitats) nao são sempre
claros, que leva dificuldades de distinção 2. Alguns níveis contêm elementos abióticos
Quanta biodiversidade há na terra?
• dimensão de biodiversidade que é mais aparente para nós • porém, em termos e classificar biodiversidade, diversidade ecológico é menos satisfatório porque: 1. Limites entre elementos (por ex. habitats) nao são sempre
claros, que leva dificuldades de distinção 2. Alguns níveis contêm elementos abióticos
• recentemente muito esforco em delineamento de ecoregiões e biomas para fins de planejamento de conservação
867 Ecoregiões terrestres (Olson 2001)
Biodiversidade no tempo
(Milhões de anos) • biodiversidade é crescendo em geral
Biodiversidade no tempo
(Milhões de anos) • biodiversidade é crescendo em geral
• havia eventos de extinção de massa
• a maioria de espécies que existia é extincto
• média de tempo de existência de espécies: 1-10 milhões de anos (McKinney 1997; May 2000)
grande incerteza, grande variabilidade entre al dentro de grupos
Diversidade baseado em fósseis marinos
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Seleção:
Especiação:
Dispersão:
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Movimento de organismos no espaço
Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Deriva ecológica:
Especiação: Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Seleção:
Dispersão: Movimento de organismos no espaço
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Deriva ecológica: Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por
Especiação: Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Seleção:
Dispersão: Movimento de organismos no espaço
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Deriva ecológica: Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por
• competição (nicho realizado, exclusão competitiva)
Competição por exploração
Competição por interferência
Competição aparente
Especiação: Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Seleção:
Dispersão: Movimento de organismos no espaço
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Deriva ecológica:
• competição (nicho realizado, exclusão competitiva)
• predação (diminuição de espécies predados, coexistência mediada por consumo)
Competição por exploração
Competição por interferência
Competição aparente
Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por
Especiação: Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Seleção:
Dispersão: Movimento de organismos no espaço
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Deriva ecológica:
• competição (nicho realizado, exclusão competitiva)
• predação (diminuição de espécies predados, coexistência mediada por consumo)
• presença/ausência de recursos (muda resultados da competição, pode aumentar ou diminuir riqueza)
Competição por exploração
Competição por interferência
Competição aparente
Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por
Especiação: Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Seleção:
Dispersão: Movimento de organismos no espaço
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Deriva ecológica:
• competição (nicho realizado, exclusão competitiva)
• predação (diminuição de espécies predados, coexistência mediada por consumo)
• presença/ausência de recursos (muda resultados da competição, pode aumentar ou diminuir riqueza)
• mutualismo
Competição por exploração
Competição por interferência
Competição aparente
Além da heterogeneidade espacial, padrões no espaço podem ser causados por
Biodiversidade no espaço
Comunidade
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
Especiação
Seleção
Deriva ecológico
global
regional Dispersão
Dispersão
local
Deriva ecológica:
Seleção:
Especiação:
Dispersão:
Interações de espécies com outras espécies ou o meio ambiente
Movimento de organismos no espaço
Processo evolutivo formando novas espécie (escala de tempo grande)
Mudanças de abundâncias causados pelo processos randômicos (estocásticos)
Padrões de escala grande
Biodiversidade no espaço:
Gadiente latitudinal
Número de espécies de vertebrados (Mannion et al. 2013)
• crescimento geral de riqueza (ou algums outros elementos da diversidade) com diminuição de latitude • encontrado em ambiente marino, terrestrial e agua doce e virtualmente todos os grupos taxonomicos maiores (incluindo micróbios, plantas, invertebrados e vertebrados) • encontrado em várias escalas (sítios locais, regiões, ou bandas latitudinais inteiras)
Biodiversidade no espaço:
Gradiente latitudinal
• crescimento geral de riqueza (ou algums outros elementos da diversidade) com diminuição de latitude) • encontrado em ambiente marino, terrestrial e agua doce e virtualmente todos os grupos taxonomicos maiores (incluindo micróbios, plantas, invertebrados e vertebrados) • encontrado em várias escalas (sítios locais, regiões, ou bandas latitudinais inteiras) • máximo é raramente encontrado no equador, mas um pouco mais norte (20-30°N) • geralmente asimétrico em volta do equador, crescendo rapidamente do norte para o equador, mas decrescendo mais lento para sul)
Aves das américas (Gaston, Blackburn 2006)
espécies famílias
Biodiversidade no espaço:
Gradiente latitudinal
Gradiente latitudinal: teorias
Willig et al. 2003; Latitudinal gradients of biodiversity: Pattern, process, scale and synthesis
Gradiente latitudinal: teorias
Modelo nulo: O gradiente não tem base biológica („Mid-domain-effect“) N
S
„ranges“ de espécies
• Vários estudos mostraram congruência entre modelo e dados • Críticas:
• modelo assume indepedência entre distribuções e gradientes ambientais
• congruência não suprendente, dado o máximo de diversidade perto do equador
Gradiente latitudinal: teorias
Pensamento básico se há base biológica: A final, maior riqueza num lugar em comparação a um outro deve estar gerado pelo combinações de
1. maior níveis de especiação 2. menor níveis de extinção ou 3. maior áreas de distribução geográficas
‘Trópicos como berço’ ‘Trópicos como museu’ ‘Out of the tropics’
Mannion et al. 2013
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos? Área: • aumento da área com diminuição da latitude (esfera terra e maior desconexão das área com mesmo clima com aumento da latitude)
• área grande com mesmos condições permite maior distribução •mais indivíduos por população, menos probabilidade de extinção
‘Trópicos como berço’
‘Trópicos como museu’
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos? Área: • aumento da área com diminuição da latitude (esfera terra e maior desconexão das área com mesmo clima com aumento da latitude)
• área grande com mesmos condições permite maior distribução •mais indivíduos por população, menos probabilidade de extinção
• variabilidade de habitats, ecosistemas etc. aumenta com área • mais habitats diversos leva a maior probabilidade de especialisação • maior probabilidade de barreiras geográficos e assim especiação alopátrica
‘Tropics as cradle’
‘Tropics as museum’
Estocasticidade demográfica Estocasticidade do meio ambiente Estocasticidade genética
Porque maior abundância = menor probabilidade de extinção?
Tamanhos de populações variam de uma forma estocástica
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos? Área: • aumento da área com diminuição da latitude (esfera terra e maior desconexão das área com mesmo clima com aumento da latitude)
• área grande com mesmos condições permite maior distribução •mais indivíduos por população, menos probabilidade de extinção
• variabilidade de habitats, ecosistemas etc. aumenta com área • mais habitats diversos leva a maior probabilidade de especialisação • maior probabilidade de barreiras geográficos e assim especiação alopátrica •
‘Tropics as cradle’
‘Tropics as museum’
Estocasticidade demográfica Estocasticidade do meio ambiente Estocasticidade genética
Tempo
Populações pequenas possuem maior chance de „tocar o zero“ (= extinção)
Porque maior abundância = menor probabilidade de extinção?
Tamanhos de populações variam de uma forma estocástica
Ta
ma
nh
o
da
po
pu
laçã
o
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos? Área: • aumento da área com diminuição da latitude (esfera terra e maior desconexão das área com mesmo clima com aumento da latitude)
• área grande com mesmos condições permite maior distribução •mais indivíduos por população, menos probabilidade de extinção
• variabilidade de habitats, ecosistemas etc. aumenta com área • mais habitats diversos leva a maior probabilidade de especialisação • maior probabilidade de barreiras geográficos e assim especiação alopátrica •
‘Trópicos como berço’
‘Trópicos como museu’
Produtividade: • maior disponibilidade de energia em latitudes baixas • maior biomassa disponível • maior número de indivíduos por espécies (maior tamanho de populações) •menor probabilidade de extinção
Velocidade da evolução: • altas temperaturas levam a menor tempo de gerações, maior taxa de mutações, e seleção accelerado
‘Trópicos como berço’
‘Trópicos como museu’
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos?
Energia ambiental: • ambientes em latitudes altas possuem condições mais longe das ótimas de espécies
(temperaturas mais baixas, clima menos favorável)
• trópicos mais estável (temporalmente e em relação ao ambiente)
• maior especialisação possível nas trópicos (espécies não precisam ser generalistas) • maior importância de interações nos trópicos: mais recursos podem ser deslocados para adaptações bioticos, enquanto em zonas temperadas adaptações climáticas/abioticas são necessários
‘Tropics as cradle’
‘Trópicos como museu’
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos?
Simone Sbaraglia
Tempo: • mais tempo sem distúrbios nas trópicos comparado com regiões temperados • mais tempo para evolução para encher habitats e nichos
‘Trópicos como berço’
‘Trópicos como museu’
Porque maior especiação e/ou menor
extinção nas trópicos?
NOAA/ NESDIS/ STAR
„Out of the tropics“
• combinação de maior especiação, menor extinção e aumeto das distribuções de espécies trópicos em zona climaticas adjacentes sem perder a presenca trópical
Jablonski et al. 2006, SCIENCE
Porque há mais espécies nas trópicos do que em latitudes altas?
• há congruências de padrões com as predições de diferentes hipóteses
• variação entre grupos de organismos e regiões investigados
• dado essa variação, nenhum mecanísmo sozinho parece ser adequado para explicar o gradiente
• muito provável várias mecanísmos vão informar sobre um mecanísmo aplicável para a maioria de biotas na maioria de lugares
Willig et al. 2003
• Baseado nas resultados até agora, maior especiação em latitudes baixas e expansão de linhas de baixas latitudes para altas parece ser importante
Gradiente altitudinal Rahbek 1995
• riqueza diminuindo com altitude • riqueza com máximo em altitudes intermediarias • riqueza aumentando com altitude (raro)
(fish, decapods, holothurians, asteroids) in the ocean
southwest of Ireland
Gradiente altitudinal
McCain 2009
• algumas características comparável com latitude (temperatura, padrão de máximo intermediária)
• diferências: • sazonalidade não aumenta com altitude nos trópicos • disponibilidade estável de água (zona de condensão)
• muitas teorias explicando o gradiente latitudinal também se aplicam para o gradiente altitudinal (por ex.: MDE)
• padrões se aplicam também à profundidade em sistemas marinas
fish, decapods, holothurians, asteroids in the ocean southwest of Ireland
Ameaças a biodiversidade Classificação da IUCN
http://www.iucnredlist.org/
IUCN: International Union for Conservation of Nature and Natural Resources
Ameaças a biodiversidade
Monastersky 2014; Life under threat, Nature
Ameaças a biodiversidade
62.839 espécies descritas até 2010 (~42% avaliado pela IUCN) 11.939 classificados como ameaçados (=19%)
Ameaça principal: perda de habitat
Vertebrados
Po
pu
laca
o
hu
ma
na
[b
il]
Ameaças a biodiversidade Global: biomas anthropogénicos
1800
Brasil : biomas anthropogénicos Ameaças a biodiversidade
1800 2000
Ameaças a biodiversidade Brasil : biomas anthropogénicos
Porque biodiversidade é importante? • Razões éticas: Uma cultura que incentiva o respeito para a vida e paisagens silvestres é preferível a uma
cultura que não levar essas coisas a sério
• Recursos biológicos: • comida
• recursos medicinais e medicamentos
• produtos de madeira
• plantas ornamentais
• núcleos de reprodução, reservatórios populacionais
• recursos futuros
• Benefícios sociais: • educação
• recreação e turismo
• valores culturais
• protecção dos recursos hídricos
• formação e protecção dos solos
• armazenamento e reciclagem de nutrientes
• atenuação e absorção de poluição
• contribuição para a estabilidade do clima
• manutenção dos ecossistemas
• recuperação de eventos imprevisíveis
• Serviços ambientais (ecosistêmicos): = os benefícios que as pessoas obtêm dos ecosistemas
Porque biodiversidade é importante? • A modificação de um ecossistema para melhorar um serviço que
presta, geralmente também resulta em alterações em outros serviços do ecossistema.
• Ao longo prazo, o valor dos serviços perdidos pode exceder muito os
benefícios económicos a curto prazo que são obtidos a partir de ecossistemas transformados.
cidandrenelli.wordpress.com
diminuição do bem- estar das pessoas
global-greenhouse-warming.com
possível degradação de serviços, como pesca, abastecimento de água e protecção contra os riscos naturais
aumentar a produção de alimentos pode levar à redução da disponibilidade e/ou qualidade de água
Exemplo:
Resumo
• Que é biodiversidade?
▫ Biodiversidade genética, de organismos, e ecológica
• Quanta biodiversidade há na terra?
• Biodiversidade no tempo
• Biodiversidade no espaço
▫ Gradiente latitudinal
▫ Gradiente altitudinal
• Ameacas à biodiversidade
• Porque biodiversidade é importante?
...todos as formas, níveis e combinações da variedade natural em todos os níveis de organização biologica
…de organismos: • depende do nível, mas em geral uma
quantidade absurdo de níveis baixos (indivíduos, espécies) até muitas de níveis altos (phyla)
• grande incerteza, especialmente em níveis baixo
- razões éticas - serviços ambientais - recursos biológicos - valores culturais
1800 2000
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