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Amplitude Geográfica
O documento discute a amplitude geográfica de espécies, definindo-a como a área geográfica ocupada por uma espécie. Fatores históricos como deriva continental influenciam padrões de distribuição. A dispersão afeta a distribuição, mas tolerâncias ecológicas e interações com outras espécies também são importantes em determinar onde cada espécie pode ocorrer.
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- 1. Ecologia de Populações Prof.Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com Amplitude Geográfica
- 2. Amplitude Geográfica “Espécies distintas tendemde viver em lugares diferentes, e lugares diferentes tendem de ser habitados por espécies diferentes” (Leibold e Mikkelson, Oikos 2002).
- 3. Cada espécie possuauma amplitude geográfica A amplitude geográfica descreve onde os indivíduos de uma espécie potencialmente estão. No Brasil, a maioria das espécies pousem uma amplitude de 4-8 estados. As espécies cosmopolitas são exceções porque têm uma distribuição global. As espécies endêmicas somente se encontram em áreas pequenas e delimitadas.
- 4. Cada espécie possuauma amplitude geográfica Coiote: Raposa vermelha
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- 6. Cada espécie possuauma amplitude geográfica Canus lupus Ursus americanus: Salix scouleruana:
- 7. Pressões Seletivas ea Distribuição Geográfica Geográfica Macro-ecologia Demográfica Abundância Metabólica Tamanho
- 8. Amplitude Geográfica e Ecológica Geográficas– conjunto de locais atualmente ocupados A B Ecológicas – conjunto de locais com condições apropriadas C Ecológicas > Geográficas Razões pela interesse dos ecólogos
- 9. Distribuição = amplitudegeográfica de uma população Condições bióticas e abióticas determinam onde uma população pode sobreviver e reproduzir As distribuições das populações mudam no tempo A maioria das distribuições das populações decaem devido a destruição do habitat pelo Homem Outras distribuições expandem ou contraiam naturalmente
- 10. Habitat Potencial Spp 4 Spp1 Spp 5 Spp 2 Spp 2 Spp 6 Spp 3 Spp 7 02/10/14 Poço de espécies disponíveis 10
- 11. Habitat Potencial Spp 4 Spp1 Spp 5 Spp 2 Spp 2 Spp 6 Spp 3 Spp 7 02/10/14 Potencial de dispersão de cada espécie 11
- 12. Habitat Potencial Spp 4 Spp1 Spp 5 Spp 2 Spp 2 Spp 6 Spp 3 Spp 7 02/10/14 Habitat Disponível para cada espécie 12
- 13. Habitat Potencial Gradiente Emergencia Sobrevivência deplantulas Produção de sementes viáveis Aumento populacional significante
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- 30. 10 anos 30 anos 50anos Distribuição atual Distribuição potencial 20 anos 40 anos
- 31. Distribuições no espaçoe tempo Dados empíricos deResposta da vegetação a Aquecimento climático pós-glacial um gradiente ambiental temporal: * As espécies respondem individualmente a mudança climática, e não como comunidades = seleção natural Overpeck et al. 1992. Geology 20:1071-1074 31
- 32. A distribuição heterogênea dosorganismos Toda espécie têm uma distribuição heterogênea a toda escala espacial. Essa distribuição heterogênea e causada por o ambiente biótico e abiótico que também é heterogêneo. Os princípios fundamentais não são os mecanismos causais independentes, mas a interação dos mecanismos que incorporam. Distribuição do musgo Tetraphis pellucida,
- 33. Distribuição Ecológica e Evolutiva Apergunta principal da Ecologia: O que determina a distribuição e abundancia das espécies? Duas classes de respostas – Fatores locais contemporaries (domínio da Ecologia tradicional); como fatores físicos (profundidade da água) limitando a ipê mais do que a arroeira – Fatores históricos (= evolutivos) Podem ser importantes: Por exemplo, os mamíferos marsupiais como cangurus estão restritos a Austrália porque os mamíferos com placentas quase nunca chegaram a Austrália (tectônica de placas)
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- 38. Medidas de Distribuições Geográficas (Comoos pontos se distribuem?) Média Mediano Atributo Central
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- 40. Distribuição Geográfica Padrão deriqueza de Psitacideos sul-americanos a partir de 4 fontes de dados (Mathias et al. GEB, 2004)
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- 45. Área de ocorrência versusExtensão de ocorrência: - Área < Extensão (a questão dos habitats e escalas); - Extensão total, latitudinal e longitudinal; - Interpolação: a) polígonos mínimos convexos; b) PCA; c) Modelagem de nicho (e.g., GARP)
- 46. Amplitude Geográfica Amplitude geográfica(distribuição)—área geográfica ocupada permanentemente por uma espécie. A amplitude geográfica não é equivalente à área vital ou um território de um indivíduo.
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- 48. Declínio Aumenta Genetic diversity Diversidade Genética Tendênciasda periferia ao centro da amplitude geográfica Distancia da periferia da amplitude geográfica Hipótese de Carson – as populações centrais mantêm uma diversidade genética maior, sofrendo a seleção balancante mas as populações periféricas, pequenas, isoladas e fragmentadas, têm uma diversidade baixa. As condições marginais permitem a sobrevivência de somente um número limitado de genotipos (Carson ‘59, Lewontin ‘74) Hipótese de Fisher – as populações periféricas suportam níveis maiores da diversidade genética, sofrendo a seleção flutuante em ambientes espacialmente heterogêneos e não previsíveis mas as populações centrais experimentam a seleção estabilizante (Fisher ’30)
- 49. Distribuições ou Amplitudes Geográficas Resumemas localidades onde a espécie tive sucesso Não informa nada sobre as localidades onde a espécie poderia ter sucesso Não informa nada sobre os locais onde a espécie fracassou O entendimento da distribuição depende do conhecimento de quais fatores inibem a espécie de ocupar uma localidade ou região particular
- 50. Dispersão e Distribuição Dispersão –O movimentação dos indivíduos é de afora dos centros de densidade populacional alta ou de sua área de origem? – Contribua a distribuição global das espécies
- 51. Distribuição de espécies Biogeografia:o estudo dos padrões amplos da distribuição de espécies na Terra. Os padrões são influenciadas fortemente por fatores históricos como a deriva continental e barreiras incluindo montanhas e mares.
- 52. Biogeografia Ecológica As distribuiçõesdos organismos são afeitadas por suas interações com os ambientes físicos e biológicos.
- 53. Fatores Abióticos naBiosfera A escala global, os ecólogos reconhecem os padrões regionais marcados da distribuição da vida aquática e terrestre
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- 55. Biogeografia A Austrália écaracterizada por mamíferos marsupiais (cangurus, coalas) porque os mamíferos com placentas não colonizaram antes da separação da massa terrestre. As antas são encontradas somente na América do Sul e sudeste da Ásia. As populações ancestrais se separam com a divergência da massa terrestre.
- 56. Barreiras Geográficas eBiota Distinta Biota marinha mais similar Biota muito diferente
- 57. Fatores que Determinama Amplitude Geográfica de uma Espécie Historia Tolerâncias Biológicas Outras espécies Uma combinação desses
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- 59. Fatores históricos que determinama amplitude geográfica Várias espécies pousem uma distribuição “Gondwandiana”. Ocorrem nos continentes do sul de Austrália, África do Sul, América do Sul, e as vezes Índia. Esses locais se distam muito atualmente, mas há 150 milhões de anos foram ligados num continente imensos.
- 61. Fatores históricos que determinama amplitude geográfica Distribuição “Gondwandiana. Exemplos enumeram nos milhares e incluem muitos tipos diferentes de espécies, como aves, e a árvore, Nothofagus sp.
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- 65. Amplitudes Geográficas – Asdistribuições das populações mudam no tempo Mudança geográfica de Picea rubens após glaciação Imigração Da África Expansão da distribuição da garça boiadeiro
- 66. Nenhuma espécie ocorreem todo lugar porque cada espécie se restringe a um habitat particular. Os habitats apropriados tendem a serem agregados dentre da amplitude geográfica de uma população, assim, a maior parte das espécies é composta por grupos descontínuos chamados populações. As fronteiras entre populações podem ser subjetivas. – O que conceitue uma população depende das espécies estudadas. Mas, os membros de uma população interagem, reproduzem e competem entre eles com freqüência maior do que com populações diferentes.
- 67. Mudança Histórica da Densidadede Cervus canadensis Identificando onde as populações aumentaram ou diminuíram no tempo ajuda decisões onde pode ocorrer a caça futura
- 68. Previsão da Mudançada Disseminação de Espécies Exóticas (Rushton et al. 1997) Sciurus carolinensis (Praga na RU) Tamiascirus hudsonicus (Nativo a RU)
- 69. Comportamento e aSeleção do Habitat Algumas espécies – Não ocupam toda da amplitude geográfica potencial A distribuição da espécie – Pode ser limitada pelo comportamento de seleção de habitat
- 70. O papel dadispersão na distribuição Capacidade de cruzar barreiras afeita a distribuição. Por isso, as espécies da aves tem maiores distribuições do que os mamíferos.
- 71. Copyright © TheMcGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. 1966 1964 1970 1965 1961 Equator 1958 1956 1960 1951 1970 1943 1937 Immigração da Africa
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- 73. Distribuição Porém, a faltade capacidade de chegar a uma área nova não é o único fator que limita a distribuição. A capacidade de sobreviver numa área nova é crítica. Para sobreviver e reproduzir, as espécies precisam lidar com fatores bióticos e abióticos.
- 74. A expansão doPasser domesticus Em 1890, um grupo de fãs de Shakespeare soltou 120 indivíduos no Parque Central da Nova Iorque
- 75. A expansão doPasser domesticus – O pardal europeu já disseminou em quase todo o mundo, inclusive no Brasil e na América do Norte, onde causa danos a agricultura. Introduzido em 1890 devido a menção por Shakespeare Como a população humana, expande e não tem controle Current 1955 Atual 1955 1945 1935 1925 1945 1905 1915 1935 1925 1925 1935
- 76. A expansão doPasser domesticus A população do pardal nas Américas têm características em comum com a população humana – Ambas estão amenizando outras espécies – Ambas estão em expansão virtualmente sem controle
- 77. A expansão doPasser domesticus Atualmente mais do que 100 milhões se distribuem na América do Norte.
- 78. A escalas grandes,as distribuições sempre são agregadas
- 79. Expansões Naturais daAmplitude Geográfica Expansões Naturais da Amplitude Geográfica Demonstram a influencia da dispersão sobre a distribuição New areas occupied Year 1996 1989 1974
- 80. Abelha de mel africanizada RioClaro – Unesp
- 81. A dispersão contribuaa distribuição geográfica das espécies? Dispersão refere ao processo da distribuição de indivíduos dentro dos limites geográficos da população. Pergunta: A distribuição de uma espécie, X, é limitada pela dispersão? Resposta pode virar de experimentos de transplante. Se um transplante for de sucesso, então os organismos ainda chegaram a área testada. Se um transplante não for de sucesso, então outros fatores limitam a distribuição da espécie, como competição, alimentos ...
- 82. Experimentos de Transplante Recíproca Osexperimentos de transplante recíproca envolvem a troça de indivíduos entre duas localidades: – nesses experimentos, os fenótipos observados dos indivíduos são comparados: Mantidos em seu ambiente transplantados to a um ambiente diferente – Esses experimentos permitam separar as diferencias causados pelas diferencias genéticas versus plasticidade fenotípica 82
- 83. Transplantes de Espécies Ostransplantes de espécies – Inclua espécies que são recolocadas intencionalmente ou acidentalmente da distribuição original – Podem perturbar as comunidades ou
- 84. Transplantes de Espécies Retiradada barreira suspeita da dispersão Sucesso: populações transplantadas aumentam Rejeitar: fatores físicos e químicos Rejeitar: interações entre espécies Apoiar: barreira de dispersão Fracasso: populações transplantadas diminuam Rejeitar: barreira a dispersão Consistente com as interações das espécies ou com fatores físicos ou químicos Problema: considerações éticas de transplantes
- 85. Transplantes de Espécies Soluções: Compareambientes ocupados e não ocupados quais fatores principais são diferentes? --> hipótese Duplicar as diferencias no laboratório O “Transplante” no laboratório; hipótese: limitação do laboratório Conduzir transplantes no campo sob condições controladas Observar espécies no momento da invasão
- 86. Limite da Amplitude potencia Transplantes de Espécies Transplante Co nt ro le deêxito Amplitude atual Transplante de êxito
- 87. Algumas populações se movimentam Algumaspopulações são moveis Os bacalhaus e as andorinhas migram.. Também existe migração nas borboletas monarcas.
- 88. Algumas populações se movimentam Umaúnica população de salmão pode reproduzir a montante nos rios da Costa Pacífica, e depois voltar ao oceano para se alimentar e crescer. A maioria das interações entre os indivíduos e a troca de alelos, ocorre entre os indivíduos que nidificam no mesmo córrego. Da mesma forma, a população da borboleta monarca pode migrar, em massa, às áreas onde passam o inverno no México, retornando a Canadá para reproduzir durante o verão (mas nenhuma população faz toda a viagem).
- 90. Limites de Distribuição Oambiente físico limita a distribuição geográfica das espécies. – As espécies somente podem compensar pouco da variação ambiental.
- 91. Condições internas Homeostasia –os mecanismos fisiológicos de um organismo que funcionam para manter um ambiente interno constante sob a variaçao de fatores externos. Os mecanismos de homeostasia tipicamente requerem o gasto de energia e somente operam dentro de uma amplitude estreita de um fator. Amplitude tolerável Condições externas
- 92. Limites da Distribuição Conectadaintimamente ao conceito de curvas de performance (o ambiente estabelece limites sobre a distribuição) Grand Prismatic Spring, Yellowstone Nat’l Park
- 93. Curvas de performance ecológica Alta Espécie1 Proporção da gradiente Espécie 2 Espécie 3 Média Baixa Proporção da população
- 94. Temperatura e aPerformance dos Organismos A maioria das espécies funciona melhor dentro de uma amplitude estrita de temperaturas Começa ao nível do enzima – – – Forma rígida a temperaturas baixas As temperaturas muito elevadas destroem a forma Funciona melhor a alguma temperatura intermediária – Podemos medir a eficácia enzimática ao determinar a concentração de substrato necessária para a função enzimática a uma temperatura. Concentração baixa de substrato = afinidade elevada de enzimas
- 95. O ambiente físicoe seus efeitos sobre as distribuições: o exemplo da regulação de temperatura Endotérmicos versus exotérmicos ou homeotérmicos versus heterotérmicos
- 96. A distribuição de Picea marianae Picea glauca em Canadá, destacando a limite do norte dessas árvores
- 97. Os limites donorte e do leste de Carnegiea gigantea em Arizona. Os pontos representam os locais onde não existem registros de mais de 36 horas sem descongelar. As cruzes representam locais onde essas condições foram registradas.
- 98. Vento Amplifica os efeitosda temperatura sobre os organismos ao aumentar a perda de calor devido a evaporação e convecção Pode modificar a morfologia de plantas
- 99. Temperatura Numero de indivíduos Asdistribuições dos mamíferos também são controladas pela temperatura. O limite do norte de Glaucomys sabrinus é relacionado a temperatura. Nas partes nortes extremas de sua amplitude, usam comportamento de agrupar para se esquentar. Temperatura Agregação maior
- 100. Montanhas As montanhas têmefeitos significantes sobre – – – A quantidade de luz que chega a uma área Temperatura Local Precipitação 1 3 2 Wind direction Oceano Coast Range East Sierra Nevada
- 101. Lagos Estação – São sensíveisa mudança sazonal da temperatura – Experimentam trocas sazonais O angulo do sol Resulta em mudanças sazonais nos ambientes locais
- 102. O clima exerceum impacto grande sobre a distribuição das espécies O clima determina a distribuição e estrutura das biomas terrestres O Clima é importante na determinação do por que as biomas terrestres se encontram em áreas específicas Temperatura média anual (ºC) Clima e as Biomas Terrestres Pastagem temperada Deserto Floresta tropical 30 15 0 −15 100 200 Floresta Caudifera temperada Floresta conífera Tundra Artica e aplina 300 Precipitação média anual (cm) 400
- 103. A distribuição dasbiomas terrestres principais 30°N Tropic of Cancer Equador Tropic of Capricorn 30°S Chave Foresta tropical Savana Deserto Chaparral Pastagem temporada Floresta caudifera temperada Floresta conífera Tundra Montanhas altas Capa Polar
- 104. Mudança Climática deLongo Prazo Uma maneira de prever a mudança climática futura – É examinar as mudanças que ocorreram anteriormente 4.5°C Amplitude atual Amplitude prevista Sobreposição 6.5°C
- 105. Micro-clima Micro-clima – É determinadopelas diferencias de escala fina dos fatores abióticos
- 106. Limites da Distribuição Oslimites da distribuição não sempre determinados diretamente pelo clima. O clima freqüentemente influencia as distribuições das espécies indiretamente via: Fonte da água Produção do alimento Habitat Incidência de parasitas, doenças e competidores,
- 107. Fatores Bióticos Os fatoresbióticos que afeita a distribuição de espécies incluem – – – Interações com outras espécies Predação Competição
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- 109. Priodontes maximus (Tatu canastra) Anacleto& Diniz-Filho 2006 (Mammalia)
- 110. C D EF G H I J 1 2 K L M 3 4 5 B 6 A 7 N O P Q R S T U V W 8 9 10 11 X 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 Distribuição esperada sob 27 colapso por centralidade 28 29 30 31 32 33 Distribuição atual Distribuição histórica
- 111. C D EF G H I J 1 2 Padrão de colapso de distribuição K L M 3 4 5 B 6 A 7 N O P Q R S T U V W 8 9 10 11 X 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33
- 112. Competição, predação, mutualismo eherbívora são outras interações bióticas que podem afeitar a distribuição e abundância das espécies
- 113. Joe Connell: Moluscosna Escócia Chthamalus stellatus Balanus balanoides
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- 115. Joe Connell: Moluscosna Escócia Exclusão Competitiva Limitação Fisiológica
- 116. Os predadores geralmente nãolimitam as amplitudes geográficas da presa, com exceção das espécies exóticas Veremos exemplos de esse na aula sobre o controle biológico
- 117. Um caso específicoda herbivoria limitando a distribuição W. J. Fletcher testou os efeitos de dois animais que se alimentam de algas, os pepinos de mar e moluscos, sobre a abundancia de alga na Austrália. Nas áreas próximas o local de testemunho, ou os pepinos de mar, ou os moluscos, ou ambos foram retirados Fletcher observou uma diferencia grande no crescimento de algas entre as areas com e sem pepinos do mar. .
- 118. Cobertura de algas Umcaso específico da herbívora limitando a distribuição Ambos CONCLUSION 100 Pepino do mar retirados Só pepinos Só moluscos retirados retirados Área de controle 80 60 molusco 40 20 0 08-1982 02-1983 08-1983 02-1984 Aumento drámatico de algas Sem crescimento de algas
- 119. Um caso específicoda herbivoria limitando a distribuição A retirada de pepinos de mar e moluscos resultou num aumento maior de algas, indicando que ambos tem influencia sobre a distribuição de algas. Porém, a retirada somente de pepinos de mar aumento muito o crescimento de algas e a retirada somente de moluscos tinha pouco efeito. Fletcher concluiu que os pepinos de mar tem maior efeito do que os moluscos sobre a distribuição das algas.
- 120. Como prever amplitudes geográficas? Seqüências Seqüências Temporais compridas Topografia De alta resolução 300 250 200 150 100 50 0 74 79 84 89 Previsões Ciclovital, parâmetros demográficas e de comportamento 94 Mapeamento da vegetação
- 121. Fatores “naturais” Populações mais divididas por fragmentação Maior variabilidade demográfica < < Fatoresantrópicos > > > > < Maior depressão genética por endocruzamento < Maior deriva genética; menor habilidade de adaptação •Variação ambiental •Eventos catastróficos Baixo tamanho populacional efetivo (Ne) E X T I N Ç Ã O •Destruição de habitat •Degradação ambiental •Fragmentação de habitat •Sobre-exploração •Efeitos de espécies exóticas
- 122. Distribuição e Habitat Uso deespécies focais para mapear o habitat funcional Um mapa é uma hipótese
- 123. Quais são osaspectos chaves de uma distribuição? Um conjunto de “coisas” diferentes (habitats de tipos variados?) – Composição* Um tipo de arranjo de essas “coisas” (aleatório, agregado, isolado, fragmentado) – Fisionomia (ou Configuração)* Tamanho da área – Escala Aspectos históricos – Tempo Importante, esses não são sempre fisicamente independentes no mundo real
- 124. Fatores abióticos e Distribuições Osfatores ambientais podem limitar as taxas de crescimento das espécies independentemente dos recursos As condições ambientais podem prevenir que uma espécie atinge uma densidade crítica.
- 125. Controles de distribuições: resumo Controlesdas distribuições variam com a escala espacial Fatores abióticos dominantes entre escalas clima, variáveis físicos e bio-físicos Fatores bióticos dominantes em escalas menores e na margem das distribuições competição, predação, mutualismo 125
- 126. Padrões de distribuição global Refletiamas diferencias regionais de clima e outros fatores abióticos
- 127. A heterogeneidade do ambientenuma escala local revela uma mistura de características
- 128. Algumas adaptações extraordináriaspermitam que algumas espécies vivem em temperaturas extremas
- 129. Perturbações – Podem destruircomunidades biológicas Após uma perturbação – A área é re-colonizada por organismos ou colonizados de novo pelos indivíduos que sobreviveram – A estrutura da comunidade passa por uma sucessão de mudanças
- 130. Distribuição de Tetraphis Aamplitude de uma espécie pode ser mensurada em 130
- 131. As amplitudes geográficas variamentre espécies similares? 131
- 132. A amplitude geográficamuda com a geografia? Regra de Rapoport As amplitudes geográficas diminuem desde os polos até o equador. Exemplo: os mamíferos canadenses têm amplitudes geográficas grandes, mas os mamíferos mexicanos têm amplitudes menores. 132
- 133. A amplitude muda coma Regra de Rapoport geográfica geografia? As amplitudes geográficas diminuem desde os polos até o equador. Esse padrão existe em árvores, peixes, repteis, algumas aves, e mamíferos em quase todos os continentes. O que pode explicar esse padrão? Variabilidade climática Glaciação Não funciona bem no hemisfério austral. Competição 133
- 134. Hipótese da Variabilidade Climática Ondeexiste mais variabilidade climática nos oceanos? Latitudes medianas Exemplo: peixes marinhos 134
Notas do Editor
- #6 Figure 17.2 Geographic distributions reflect the occurrence of suitable environmental conditions
- #14 Available habitat for invasive plants can be best thought of as a gradient where at one end the abiotic and biotic environment may allow germination of the seed of the invading species, however emergence or initial seedling survival has a very low probability. A slightly better habitat may allow germination, emergence and even initial seedling survival, however the probability of a seedling reaching reproductive stage is very low. The next level of habitat suitability would allow, germination, emergence, seedling survival and production of viable offspring, however the degree to which it can produce viable offspring may determine its ability to maintain a population or metapopulation. A final level of habitat suitability allows a population or metapopulation to become established and is suitable enough that the population will grow and thus have a significant impact on the ecosystem. In a crop, significant ecosystem impacts can be equivalent to significant crop yield reductions.
- #23 By 1970, they had spread around the original trees and also established some further loci 1km or so away.
- #24 The rate of new trees appearing speeded up in the 70s
- #26 By 1985, when we first sampled the population they were scattered on the hillsides and along linear features such as scarps and gullies
- #30 By 2005 they covered about xxxxxx