Presentación clase biogeografia

UNIVERSIDAD CENTRAL DE VENEZUELA FACULTAD DE AGRONOMÍA POSTGRADOS EN ENTOMOLOGÍA, ENTOMOLOGÍA EN SALUD PÚBLICA Y ZOOLOGÍA AGRICOLA CATEDRA BIOGEOGRAFÍA DEPARTAMENTO DE BIOLOGIA FACULTAD EXPERIMENTAL DE CIENCIAS Y TECNOLOGIA UNIVERSIDAD DE CARABOBO http:www.facyt.edu.veiologia BIOGEOGRAFÍA Y SISTEMAS DE INFORMACIÓN GEOGRÁFICA MSc. Lic. Biol. JONATHAN LIRIA jliria @uc.edu.ve

JOURNAL OF BIOGEOGRAPHY 194 artículos GLOBAL ECOLOGY AND BIOGEOGRAPHY 74 artículos DIVERSITY AND DISTRIBUTIONS 74 artículos Búsqueda de la palabra “GIS” en tres revistas: GIS = Geographic Information System (Sistema de Información Geográfica) Blackwell Synergy® is a Blackwell Publishing

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],Antecedentes En los años 1960 y 1970 emergieron nuevas tendencias en la forma de utilizar los mapas para la valoración de recursos y planificación. A finales de los años 70`s la tecnología del uso de ordenadores progreso rápidamente en el manejo de información cartográfica, y se afinaron muchos de los sistemas informáticos para distintas aplicaciones cartográficas. De la misma manera, se estaba avanzando en una serie de sectores ligados, entre ellos edafología, topografía, fotogrametría y la percepción remota. A principios de los años 80`s, los Sistemas de Información Geográfica se habían convertido en un sistema plenamente operativo, a medida que la tecnología de los ordenadores se perfeccionaba, se hacía menos costosa y gozaba de una mayor aceptación. Fuente: http://www.humboldt.org.co

[object Object],Definición El Sistema de Información Geográfica (o Geoespacial), es un sistema de información que trata datos georeferenciados, es decir, procesa información de eventos o entidades geoespaciales con el fin de generar una nueva información mediante operaciones de manipulación y análisis, que ayude a la toma de decisiones. Un SIG maneja las propiedades espaciales y no espaciales de las entidades. Fuente: Vilchez (2000). Introducción a los sistemas de Información Geoespacial

[object Object],Relaciones con otras disciplinas: Fuente: Vilchez (2000). Introducción a los sistemas de Información Geoespacial SIG cartografía fotointerpretación geografía computación estadística percepción remota ingeniería ,[object Object],[object Object],urbanismo

[object Object],Componentes de un SIG: Lógico Físico Datos geoespaciales Personal Conjunto de programas que ejecutan las tareas propias de un sistema computarizado: Sistema operativo, herramienta SIG, y manejadores de bases de datos. Se refiere al equipo de computación: Procesador (computadores personales, estaciones de trabajo), unidades de salida y entrada de datos (periféricos). Datos contenidos en mapas; de exactitud acorde con los objetivos que se pretenden implementar en el SIG. Formación y entrenamiento de personal responsable del diseño, implementación y uso del SIG.

[object Object],Funciones de un SIG: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],Algunas herramientas SIG: Fuente: Vilchez (2000). Introducción a los sistemas de Información Geoespacial Nombre Tipo Productor País ARCINFO Comercial ESRI USA ARCVIEW Comercial ESRI USA IDRISI Comercial Clark University USA MAPINFO Comercial MapInfo Co. USA MAP MAKER Comercial Map Maker Limited USA ERDAS Comercial Erdas USA GRASS Dominio público US ARMY USA SPRING Dominio público INPE Brasil DIVA-GIS Dominio público IPGR, CIP, Berkeley Univ. USA

[object Object],Aplicaciones de un SIG: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],Es una representación gráfica de un territorio sobre una superficie plana (un modelo bidimensional), ya sea éste la totalidad de la superficie de la tierra o parte de ella. Los mapas muestran la distribución, situación, magnitud y relación de los diferentes fenómenos naturales y sociales mediante símbolos convencionales. Mapa base = Representan trazos o limites de información geográfica. Mapa temático = Hacen énfasis en un aspecto o tema determinado de orden natural, social o cultural.

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object]

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],Sistema de navegación compuesto de una red de 24 satélites colocados en órbita por el Departamento de Defensa de los E.E.U.U. Aunque fue desarrollado con fines bélicos; en los años 80, el gobierno Norteamericano lo hizo disponible para el uso civil. El GPS trabaja en cualquier condición atmosférica, en cualquier parte del mundo, las 24 horas al día. El uso de un GPS no tiene cargos mensuales o suscripción por el uso de la señal

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],Inicialmente la señal civil tenía una degradación intencional llamada " Selected Availability " que hacía que la precisión fuera de unos 100m. Desde Mayo del 2000 se retiró esta degradación obteniéndose precisión de alrededor de 15 metros. Recientemente se lanzaron dos satélites más, denominados WAAS para uso de la aviación civil, que permite tener precisiones de hasta 3 metros.

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],Control Espacio Usuario: Receptor GPS Estaciones de Monitoreo Antenas en Tierra Estación Maestra

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],Antenas de tierra Estación Maestra Estación Monitoreo

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],TRIANGULACIÓN Se mide el tiempo en que la señal es trasmitida por el satélite y llega al receptor.

Fuentes de Datos: ,[object Object],[object Object],Modelos fotogramétricos Ortofotos digitales Mediciones topográficas Modelos de Elevación Digital Fuentes de la componente descriptiva

[object Object],[object Object],Proyecciones Es un método matemático para transformar información de la curvatura de la superficie de la tierra de un espacio tridimensional, hacia un espacio bidimensional. Dependiendo de la localización y la forma de la región de la tierra, se utilizan distintos sistemas de proyecciones para representar regiones con deformaciones mínimas en el plano.

[object Object],[object Object],Proyecciones

[object Object],[object Object]

[object Object],Escalas de representación: Grande = características pequeñas Pequeña = áreas muy grandes 1:5.000 vs 1:2.000.000 Mapa de Caracas Mapa de Venezuela La escala se lee: “Uno en cinco mil” o “Uno en dos millones” Y se entiende como: 1 unidad de medida en el mapa equivale a 5.000 unidades de medida en la realidad (o en el terreno). Donde la escala (E), equivale a la división entre la distancias en la realidad (D) y la del mapa (d). ,[object Object],E = 1: D d

[object Object],Coordenadas ,[object Object],Paralelo = latitud = eje y Meridiano = longitud = eje x

[object Object],Coordenadas ,[object Object]

[object Object],Geográficas UTM 1.125.000 (eje y) 528.000 (eje x) 10º20’00’’ (eje y) 69º00’00’’ (eje x) (distancia en metros) Coordenadas ,[object Object]

[object Object],Geográficas 10º20’00’’ (eje y) 69º00’00’’ (eje x) Coordenadas Grados, minutos, segundos Grados decimales 69º 00’ 00’’ -69,000 ,[object Object],… y luego se agrega el signo si es, Latitud Norte (+) o Sur (-) o Longitud Este (+) u Oeste (-) 10º20’00’’ latitud norte y 69º00’00’’ longitud oeste 69 + 00 + 00 60 3600

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

[object Object],En un SIG.. Los datos pueden ser: del tipo Raster La información es explícitamente registrada Para la unidad básica de datos (celda, grilla o pixel)

[object Object],Sensores remotos Sensores y plataformas que son usados para crear imágenes-datos (formato raster) del planeta.

[object Object],Sensores remotos AVHRR = 1 Km LANDSAT TM = 30 mts SPOT = 20 mts Mayor resolución IKONOS = 4 mts QUICKBIRD 61 cm !!!!!

[object Object],Sensores remotos Las imágenes de satélites son muy grandes. Una escena de LANDSAT TM tiene 7 bandas, y cada una tiene aprox. 22 MB, es decir, que la imagen completa tiene: 154 Mega Bytes!!! Lo recomendable es tener un programa de FTP… Por ejemplo SmartFTP

[object Object],El énfasis de estos análisis radica en medir las propiedades y relaciones, tomando en cuenta la localización espacial de los fenómenos en estudio. Uno de los ejemplos pioneros de estos análisis, fue realizado intuitivamente por John Snow en 1854, durante una epidemia de cólera en Londres: En el mapa se indican las defunciones por cólera ( • ) y las bombas ( x ) que suministran agua a la ciudad. Los datos mostraron la relación entre los casos de cólera y las fuentes de suministro de agua en la Calle Broad (epicentro de la epidemia). Luego en 1883, Roberth Koch descubre el agente causal.

[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],[object Object]

Base de Datos Relacional Entidad : Objetos que se pueden agrupar por compartir propiedades, relaciones o aspectos de comportamiento. Ej: proveedor, cliente, estudiante, empleado. Para cada entidad se presentan numerosas instancias. Ej: Juan es una instancia de Estudiante Relación : Manera de conectar objetos de distintas entidades. La relación tiene nombre y cardinalidad. De acuerdo con esto las relaciones pueden ser: ,[object Object]

Base de Datos Relacional Relación uno a uno entre A y B: Cada entidad de A está en relación con máximo un objeto de B y vice-versa, Ej: Hoja de vida laboral – Empleado. Relación muchos a uno entre A y B: cada objeto de A está en relación con un máximo de un objeto de B, pero B está en relación con varios objetos de A, Ej: Estudiante – Carrera Relación muchos a muchos entre A y B: cada objeto de A puede estar en relación con muchos objetos de B y viceversa, Ej: Estudiante – Cursos ,[object Object],GRAFICAMENTE…

[object Object],Programas como MS-ACCESS , permiten hacer bases de datos relacionales. 1 a ∞ 1 a ∞ Base de Datos Relacional Tabla1 Tabla2 Tabla3 ID_Estudiante Nombre 01 ESTUDIANTE_A 02 ESTUDIANTE_B 03 ESTUDIANTE_C ID_Materia Materia ID_Estudiante 01 FISICA 01 02 INGLES 01 03 BIOLOGIA 01 04 QUIMICA 02 01 FISICA 02 03 BIOLOGIA 03 02 INGLES 03 ID_Materia Materia Secciones Horario Profesor 01 FISICA 2 02 INGLES 1 03 BIOLOGIA 2 04 QUIMICA 2

[object Object],Base de Datos Relacional La mayoría de los SIG utilizan el modelo relacional de base de datos. Este facilita la integración de datos de diferentes fuentes al formular las relaciones que existen entre las diversas entidades (objetos y sus características). Otras bases de datos.. que permiten almacenar mucha información: ORACLE, FOXPRO, etc.

[object Object],Uno de los estímulos en el progreso de la biogeografía ha sido el desarrollo y aplicación de nuevas tecnologías. Las computadoras han permitido la compilación y manipulación de grandes cantidades de datos sobre escalas geográficas: Datos de distribución y otras variables asociadas a organismos como, clima, geología, suelo, vegetación, uso de la tierra, etc. Los avances en hardware y software han posibilitado la aplicación de nuevas herramientas, incluyendo simulación, sistemas de información geográfica y una variedad de métodos estadísticos, como los multivariados geoestadísticos. Fuente: Brown & Lomolino (1998) Biogeography.

[object Object],Con los avances tecnológicos en informática y telecomunicaciones, y la creciente utilización de los SIG, los investigadores que colectan datos en campo han mejorado la capacidad de captura, cálculo y almacenamiento de la información, permitiendo obtener datos más precisos y exactos de la ubicación geográfica de los registros biológicos y en particular de las colecciones biológicas. Fuente: Sua et al. (2004) Georeferenciación de registros biológicos y gacetero digital de localidades

[object Object],De hecho, cuando se busca en los materiales y métodos de los trabajos biogeográficos se indica el uso de algún programa de SIG:

[object Object],Con herramientas SIG, lo mínimo que podríamos tener es un mapa de distribución del taxón (o taxa) en estudio. Sin embargo sabemos que en Biogeografía se tratan de explicar los patrones de distribución. Es aquí donde podemos explotar al máximo las capacidades de un SIG.

[object Object],Además en Biogeografía, existen diferentes métodos que pueden abordarse con el uso de herramientas SIG.

[object Object],Algunas de las aplicaciones SIG podemos apreciarlas en métodos de la Biogeografía Histórica: Biogeografía Histórica : Estudia los procesos que generan la distribución de los organismos, e influencian la formación de estos patrones. ¿Cuales serian los pasos para hacer un estudio biogeográfico, y particularmente en Biogeografía Histórica, empleando herramientas SIG?

El primer paso para realizar un análisis Biogeográfico, se relaciona con la georeferenciación de registros (localidades): ¿Cómo pasar a generar esto? ,[object Object]

Dato georeferenciado Localidad Mapa Gacetilla GPS ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],Georeferencia : Representación del espacio sobre un sistema de referencia con un componente espacial (información geográfica) dado en forma de coordenadas, es decir, mediciones ordenadas definidas por ángulos en un elipsoide (latitud, longitud) o distancias ortogonales sobre un plano de proyección (X, Y). ,[object Object]

[object Object],Creación de Base de Datos en MS-ACCESS, DBASE, o MS-EXCEL

[object Object],Establecer la escala de trabajo: Esto es importante, puesto que no tiene sentido trabajar con datos de distintas escalas. Obtener el mapa base de la región en estudio: En algunos sitios de INTERNET se pueden obtener mapas base regionales (países) con limites administrativos de primer (estados) y segundo (municipios*) orden. (*) Por ejemplo, algunos mapas base de Venezuela, tienen la división político territorial no actualizada.

[object Object],Obtener el programa de SIG, que mejor se adapte a nuestras necesidades.

[object Object],Exportar los datos de localidades al programa SIG: Formato DBASE (.dbf) Formato texto (.txt) Nota: Algunos programas SIG son “sensibles” a las comas “ , ” o puntos “ . ” cuando se trabaja con grados decimales.

[object Object],Graficar en el programa SIG las localidades, para verificar posibles errores de georeferenciación. Este punto esta en el Mar!!! Usando el identificador. Puedo ver la información de cada registro. También puedo ver la tabla con los datos…

[object Object],Otro aspecto interesante, es que se pueden realizar consultas de los datos, en las distintas capas de información: En este caso, se le pidió al programa, que busque todos los registros que se encuentren en Argentina.

[object Object],Si todo sale bien…. tendríamos algo como esto:

[object Object],Ahora realicemos un análisis PANBIOGEOGRAFICO: La panbiogeografía enfatiza la dimensión espacial o geográfica de la biodiversidad, para permitirnos una mejor comprensión de los patrones y procesos evolutivos. La comprensión de la dimensión espacial de los seres vivos, a partir del análisis de sus distribuciones geográficas, es un prerrequisito para los estudios evolutivos, ya que la geografía es el sustrato sobre el cual tiene lugar la historia de la vida. (Craw et al. 1999) Otros la definen como un método que permite llevar a cabo una exploración inicial de los datos, antes de llevar a cabo un análisis biogeográfico cladístico. (Morrone 2004) Homología primaria : Historia biogeográfica (Panbiogeografía) Homología secundaria : Comparación de cladogramas de áreas - obtenidos reemplazando en los cladogramas taxonómicos los taxa terminales por los componentes bióticos que ellos integran, para obtener cladogramas generales de áreas.

[object Object],Análisis PANBIOGEOGRAFICO: La unidad básica en un estudio Panbiogeografico es el Trazo individual ; un trazo individual constituye las coordenadas primarias de un taxón en el espacio. Operativamente, consiste en una línea que conecta las localidades donde se distribuye una especie o taxón supraespecífico, de modo que la suma de los segmentos que conectan las localidades sea la menor posible. Desde el punto de vista topológico, un trazo individual es un árbol de tendido mínimo ( Minimum Spanning Tree o MST ), que para n localidades contiene n-1 conexiones (Page 1987): 1 2 3 4 Una forma de hacer un trazo individual para el taxón ( ) con cuatro localidades (1, 2 ,3 y 4), seria construir una matriz de distancia: Se calcula la distancia entre cada par de puntos. 1 2 3 4 1 0 2 0 3 0 4 0

Análisis PANBIOGEOGRAFICO: Entonces, parece trivial unir las localidades por aquellas que tengan la menor distancia. Es un método sencillo…, y de hecho algunos programas SIG tienen una herramientas para medir distancias: ,[object Object],Herramienta de distancia Resultado 594 Km

[object Object],Análisis PANBIOGEOGRAFICO: Pero, que pasa cuando tenemos muchos registros para una especie…. Por ejemplo, Psorophora cingulata tiene 80 registros. Debe existir una forma más fácil de determinar el MST de estas localidades, que no sea midiendo la distancia entre las 80 localidades.

[object Object],Análisis PANBIOGEOGRAFICO: El trazo individual de Psorophora cingulata con base a 80 registros. El programa PASSAGE calcula para cada especie, el árbol de tendido mínimo (MST) a partir de las coordenadas geográficas de cada localidad.

[object Object],Análisis PANBIOGEOGRAFICO: Obtención de coordenadas para cada localidad Calculo de MST para cada taxón ( trazo individual ) Digitalización de cada trazo (polilínea) Obtención de trazos generalizados (superposición de trazos individuales) Programa SIG (ArcView, MapInfo) Programa PASSAGE Discusión Panbiogeográfica Programa SIG (ArcView, MapInfo) GPS, Mapas, Gacetillas Obtención de nodos (intercepción de 2 o más trazos generalizados) Calculo de MST para trazos generalizados Programa PASSAGE Programa SIG (ArcView, MapInfo)

CINGULATA CONFINNIS DISCOLOR COLUMBIAE DIMIDIATA FEROX ALBIPES ALBIGENU CYANESCENS LUTZI CILIATA LINEATA CILIPES PALLESCENS Análisis PANBIOGEOGRAFICO: Trazos individuales de 14 especies

[object Object],Análisis PANBIOGEOGRAFICO: albipes+albigenu+lutzii+cyanescens+ferox confinnis+columbiae+cingulata+dimidiata+discolor pallescens+ciliata+cilipes+lineata Trazo generalizado de Janthinosoma Trazo generalizado de Grabhamia Trazo generalizado de Psorophora Superposición de Trazos generalizados

[object Object],Análisis PANBIOGEOGRAFICO: Nodos 1 2 4 3 5 6 7 1. Provincia de la Costa Venezolana 7. Provincia del Bosque Atlántico Brasileño 6. Provincia de Chaco cilipes ciliata lineata lutzii ferox cingulata albiceps ferox lutzii cingulata confinnis cilipes ciliata lineata pallescens lutzii ferox albigenu cyanescens cingulata 2-5. Provincia de Pantanal ciliata lineata pallescens lutzii ferox albigenu cyanescens cingulata confinnis

[object Object],Análisis de Endemismos: El termino “ área de endemismo ” es utilizado en Biogeografía para referirnos a un patrón de distribución particular: un área geográfica delimitada por la congruencia en los rangos de distribución de, al menos, dos taxones. Dado que la distribución de un taxón es producto de factores históricos y actuales, podemos inferir que aquellos taxa que presentan rangos de distribución similares, habrían sido influidos de manera similar por dichos factores (Szumik et al. 2002). Para poder inferir los procesos que dan origen a las áreas de endemismo, un primer paso imprescindible es su identificación, es decir, el descubrimiento de los patrones de distribución de las especies. Las áreas de endemismo son consideradas la unidad básica de análisis en Biogeografía.

[object Object],Análisis de Endemismos: ,[object Object],[object Object],[object Object],[object Object],La mayoría tiene como criterio que un área de endemismo es aquella que contiene 2 o más taxa que se encuentran allí y en ningún otro lado. ( Platnick & Nelson 1981; Platnick 1991)

[object Object],Análisis de Endemismos: En cualquiera de los tres métodos, se comienza con la definición de una cuadricula. En este caso, La cuadricula tiene 5º x 5º, con dimensiones de 20 x 18 celdas. 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 17 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

[object Object],Análisis de Endemismos: Morrone (1994) Análisis Parsimonioso de Endemicidad (PAE) Áreas de Endemismo Volvemos al mapa y graficamos las áreas obtenidas con PAE.

[object Object],Análisis de Endemismos: Szumik et al. (2002) Análisis con NDM Utiliza el componente espacial en la determinación de áreas. Emplea un criterio de optimización para encontrar las áreas que mejor se ajusten a los datos. Permite cambiar el tamaño de la cuadricula, así como otros parámetros.

[object Object],Por otro lado, se pueden aprovechar las ventajas de los SIG para cruzar capas de información:

[object Object],Podemos tener capas de relieve (elevación), cobertura vegetal, clima (temperatura/precipitación), etc, y superponerlas con los datos de distribución: Clima Relieve

[object Object],También se pueden realizar análisis espaciales del tipo buffer , donde se calcula para cada punto, un circulo de radio deseado, que puede unirse con otra localidad cercana: Buffer (10 Km) para especies de Haemagogus (Conopostegus) en Panamá

[object Object],Estas nuevas áreas pueden superponerse con el mapa de ecoregiones, para tratar de hacer inferencias sobre la preferencia por alguna de estas: Buffer (10 Km) para especies de Haemagogus (Conopostegus) y Ecoregiones de Panamá

[object Object],“ Mosquitoes of Middle America Project” 87,000 registros 500 Especies Otros ejemplos…

Distribución potencial de An. kleini en Corea, utilizando modelaje de nichos ecológicos. ,[object Object],Otros ejemplos…

[object Object],Otros ejemplos… Superposición de distribuciones predichas (azul) y puntos de colección (rojo).

[object Object],DIVA GIS http://www.diva-gis.org/ GRASS http://www.geog.uni-hannover.de/grass/index.php QGIS http://www.qgis.org/ SPRING http://www.dpi.inpe.br/spring/ GARP http://nhm.ku.edu/desktopgarp/index.html ArcEXPLORER http://www.esri.com/software/arcexplorer/index.html

Precipitación Temperatura (promedio) Temperatura (min / max) Estaciones Climáticas ,[object Object]

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