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Amplitude Geográfica

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Amplitude Geográfica

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Amplitude Geográfica

  1. 1. Ecologia de Populações Prof. Dr. Harold Gordon Fowler popecologia@hotmail.com Amplitude Geográfica
  2. 2. Amplitude Geográfica “Espécies distintas tendem de viver em lugares diferentes, e lugares diferentes tendem de ser habitados por espécies diferentes” (Leibold e Mikkelson, Oikos 2002).
  3. 3. Cada espécie possua uma 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. 4. Cada espécie possua uma amplitude geográfica Coiote: Raposa vermelha
  5. 5. Acer nigrum Oxydendrum arboreum Acer saccharum
  6. 6. Cada espécie possua uma amplitude geográfica Canus lupus Ursus americanus: Salix scouleruana:
  7. 7. Pressões Seletivas e a Distribuição Geográfica Geográfica Macro-ecologia Demográfica Abundância Metabólica Tamanho
  8. 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. 9. Distribuição = amplitude geográfica 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. 10. Habitat Potencial Spp 4 Spp 1 Spp 5 Spp 2 Spp 2 Spp 6 Spp 3 Spp 7 02/10/14 Poço de espécies disponíveis 10
  11. 11. Habitat Potencial Spp 4 Spp 1 Spp 5 Spp 2 Spp 2 Spp 6 Spp 3 Spp 7 02/10/14 Potencial de dispersão de cada espécie 11
  12. 12. Habitat Potencial Spp 4 Spp 1 Spp 5 Spp 2 Spp 2 Spp 6 Spp 3 Spp 7 02/10/14 Habitat Disponível para cada espécie 12
  13. 13. Habitat Potencial Gradiente Emergencia Sobrevivência de plantulas Produção de sementes viáveis Aumento populacional significante
  14. 14. 1930
  15. 15. 1935
  16. 16. 1940
  17. 17. 1945
  18. 18. 1950
  19. 19. 1955
  20. 20. 1960
  21. 21. 1965
  22. 22. 1970
  23. 23. 1975
  24. 24. 1980
  25. 25. 1985
  26. 26. 1990
  27. 27. 1995
  28. 28. 2000
  29. 29. 2005
  30. 30. 10 anos 30 anos 50 anos Distribuição atual Distribuição potencial 20 anos 40 anos
  31. 31. Distribuições no espaço e 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. 32. A distribuição heterogênea dos organismos 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. 33. Distribuição Ecológica e Evolutiva A pergunta 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)
  34. 34. Amplitude
  35. 35. Distribuição Geográfica
  36. 36. Distribuição Geográfica
  37. 37. Medidas de Distribuições Geográficas (Como os pontos se distribuem?) Média Mediano Atributo Central
  38. 38. Distribuição Geográfica
  39. 39. Distribuição Geográfica Padrão de riqueza de Psitacideos sul-americanos a partir de 4 fontes de dados (Mathias et al. GEB, 2004)
  40. 40. Distribuição Geográfica
  41. 41. Triatoma dimidiata
  42. 42. Rhodnius prolixus
  43. 43. Triatoma infestans
  44. 44. Área de ocorrência versus Extensão 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)
  45. 45. 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.
  46. 46. Distribuição Geográfica
  47. 47. Declínio Aumenta Genetic diversity Diversidade Genética Tendências da 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)
  48. 48. Distribuições ou Amplitudes Geográficas Resumem as 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
  49. 49. 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
  50. 50. 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.
  51. 51. Biogeografia Ecológica As distribuições dos organismos são afeitadas por suas interações com os ambientes físicos e biológicos.
  52. 52. Fatores Abióticos na Biosfera A escala global, os ecólogos reconhecem os padrões regionais marcados da distribuição da vida aquática e terrestre
  53. 53. Biogeografia
  54. 54. Biogeografia A Austrália é caracterizada 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.
  55. 55. Barreiras Geográficas e Biota Distinta Biota marinha mais similar Biota muito diferente
  56. 56. Fatores que Determinam a Amplitude Geográfica de uma Espécie Historia Tolerâncias Biológicas Outras espécies Uma combinação desses
  57. 57. Amplitude Geográfica
  58. 58. Fatores históricos que determinam a 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.
  59. 59. Fatores históricos que determinam a amplitude geográfica Distribuição “Gondwandiana. Exemplos enumeram nos milhares e incluem muitos tipos diferentes de espécies, como aves, e a árvore, Nothofagus sp.
  60. 60. Amplitudes Geográficas
  61. 61. Distribuição de Nothofagus
  62. 62. Amplitudes Geográficas – As distribuições das populações mudam no tempo Mudança geográfica de Picea rubens após glaciação Imigração Da África Expansão da distribuição da garça boiadeiro
  63. 63. Nenhuma espécie ocorre em 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.
  64. 64. Mudança Histórica da Densidade de Cervus canadensis Identificando onde as populações aumentaram ou diminuíram no tempo ajuda decisões onde pode ocorrer a caça futura
  65. 65. Previsão da Mudança da Disseminação de Espécies Exóticas (Rushton et al. 1997) Sciurus carolinensis (Praga na RU) Tamiascirus hudsonicus (Nativo a RU)
  66. 66. Comportamento e a Seleção do Habitat Algumas espécies – Não ocupam toda da amplitude geográfica potencial A distribuição da espécie – Pode ser limitada pelo comportamento de seleção de habitat
  67. 67. O papel da dispersão na distribuição Capacidade de cruzar barreiras afeita a distribuição. Por isso, as espécies da aves tem maiores distribuições do que os mamíferos.
  68. 68. Copyright © The McGraw-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
  69. 69. Popillia japonica, 1908-1991
  70. 70. Distribuição Porém, a falta de 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.
  71. 71. A expansão do Passer domesticus Em 1890, um grupo de fãs de Shakespeare soltou 120 indivíduos no Parque Central da Nova Iorque
  72. 72. A expansão do Passer 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
  73. 73. A expansão do Passer 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
  74. 74. A expansão do Passer domesticus Atualmente mais do que 100 milhões se distribuem na América do Norte.
  75. 75. A escalas grandes, as distribuições sempre são agregadas
  76. 76. Expansões Naturais da Amplitude Geográfica Expansões Naturais da Amplitude Geográfica Demonstram a influencia da dispersão sobre a distribuição New areas occupied Year 1996 1989 1974
  77. 77. Abelha de mel africanizada Rio Claro – Unesp
  78. 78. A dispersão contribua a 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 ...
  79. 79. Experimentos de Transplante Recíproca Os experimentos 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
  80. 80. Transplantes de Espécies Os transplantes de espécies – Inclua espécies que são recolocadas intencionalmente ou acidentalmente da distribuição original – Podem perturbar as comunidades ou
  81. 81. Transplantes de Espécies Retirada da 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
  82. 82. Transplantes de Espécies Soluções: Compare ambientes 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
  83. 83. Limite da Amplitude potencia Transplantes de Espécies Transplante Co nt ro le de êxito Amplitude atual Transplante de êxito
  84. 84. Algumas populações se movimentam Algumas populações são moveis Os bacalhaus e as andorinhas migram.. Também existe migração nas borboletas monarcas.
  85. 85. Algumas populações se movimentam Uma única 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).
  86. 86. Limites de Distribuição O ambiente físico limita a distribuição geográfica das espécies. – As espécies somente podem compensar pouco da variação ambiental.
  87. 87. 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
  88. 88. Limites da Distribuição Conectada intimamente ao conceito de curvas de performance (o ambiente estabelece limites sobre a distribuição) Grand Prismatic Spring, Yellowstone Nat’l Park
  89. 89. Curvas de performance ecológica Alta Espécie 1 Proporção da gradiente Espécie 2 Espécie 3 Média Baixa Proporção da população
  90. 90. Temperatura e a Performance 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
  91. 91. O ambiente físico e seus efeitos sobre as distribuições: o exemplo da regulação de temperatura Endotérmicos versus exotérmicos ou homeotérmicos versus heterotérmicos
  92. 92. A distribuição de Picea mariana e Picea glauca em Canadá, destacando a limite do norte dessas árvores
  93. 93. Os limites do norte 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.
  94. 94. Vento Amplifica os efeitos da temperatura sobre os organismos ao aumentar a perda de calor devido a evaporação e convecção Pode modificar a morfologia de plantas
  95. 95. Temperatura Numero de indivíduos As distribuições 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
  96. 96. Montanhas As montanhas têm efeitos 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
  97. 97. Lagos Estação – São sensíveis a mudança sazonal da temperatura – Experimentam trocas sazonais O angulo do sol Resulta em mudanças sazonais nos ambientes locais
  98. 98. O clima exerce um 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
  99. 99. A distribuição das biomas 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
  100. 100. Mudança Climática de Longo 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
  101. 101. Micro-clima Micro-clima – É determinado pelas diferencias de escala fina dos fatores abióticos
  102. 102. Limites da Distribuição Os limites 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,
  103. 103. Fatores Bióticos Os fatores bióticos que afeita a distribuição de espécies incluem – – – Interações com outras espécies Predação Competição
  104. 104. Priodontes maximus (Tatu canastra)
  105. 105. Priodontes maximus (Tatu canastra) Anacleto & Diniz-Filho 2006 (Mammalia)
  106. 106. C D E F 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
  107. 107. C D E F 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
  108. 108. Competição, predação, mutualismo e herbívora são outras interações bióticas que podem afeitar a distribuição e abundância das espécies
  109. 109. Joe Connell: Moluscos na Escócia Chthamalus stellatus Balanus balanoides
  110. 110. Larvas Pelagicas Colonização
  111. 111. Joe Connell: Moluscos na Escócia Exclusão Competitiva Limitação Fisiológica
  112. 112. Os predadores geralmente não limitam as amplitudes geográficas da presa, com exceção das espécies exóticas Veremos exemplos de esse na aula sobre o controle biológico
  113. 113. Um caso específico da 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. .
  114. 114. Cobertura de algas Um caso 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
  115. 115. Um caso específico da 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.
  116. 116. Como prever amplitudes geográficas? Seqüências Seqüências Temporais compridas Topografia De alta resolução 300 250 200 150 100 50 0 74 79 84 89 Previsões Ciclo vital, parâmetros demográficas e de comportamento 94 Mapeamento da vegetação
  117. 117. Fatores “naturais” Populações mais divididas por fragmentação Maior variabilidade demográfica < < Fatores antrópicos > > > > < 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
  118. 118. Distribuição e Habitat Uso de espécies focais para mapear o habitat funcional Um mapa é uma hipótese
  119. 119. Quais são os aspectos 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
  120. 120. Fatores abióticos e Distribuições Os fatores ambientais podem limitar as taxas de crescimento das espécies independentemente dos recursos As condições ambientais podem prevenir que uma espécie atinge uma densidade crítica.
  121. 121. Controles de distribuições: resumo Controles das 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
  122. 122. Padrões de distribuição global Refletiam as diferencias regionais de clima e outros fatores abióticos
  123. 123. A heterogeneidade do ambiente numa escala local revela uma mistura de características
  124. 124. Algumas adaptações extraordinárias permitam que algumas espécies vivem em temperaturas extremas
  125. 125. Perturbações – Podem destruir comunidades 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
  126. 126. Distribuição de Tetraphis A amplitude de uma espécie pode ser mensurada em 130
  127. 127. As amplitudes geográficas variam entre espécies similares? 131
  128. 128. A amplitude geográfica muda 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
  129. 129. A amplitude muda com a 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
  130. 130. Hipótese da Variabilidade Climática Onde existe mais variabilidade climática nos oceanos? Latitudes medianas Exemplo: peixes marinhos 134

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