Aula 2 - Biodiversidade - conceitos e medidas USP Ribeirão 09.2014(2)

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Ecologia de Ecossistemas 
Responsáveis: 
• Profa. Marlene Sofia A. Froehlich 
• Prof. Tomas F. Domingues (tomas@ffclrp.usp.br) 
 
 
DISCIPLINA 
Biodiversidade: 
Conceitos e medidas 
Prof: Dr. Hipólito Ferreira Paulino Neto 
AULA ANTERIOR 
 
 Comunidades: conceitos e características 
AULA DE HOJE 
Biodiversidade: conceitos e medidas 
 CONCEITOS DE ESPÉCIE 
 O QUE É BIODIVERSIDADE? 
 CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
 MEDIDAS DE BIODIVERSIDADE 
 
4 
CONCEITO DE ESPÉCIE 
5 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
Conceito “Biológico” mais simples: 
 Indivíduos da mesma espécie são capazes de se acasalar e 
produzir prole fértil Espécie Biológica (Mayr & Dobzhansky 1930) 
Dificuldades 
 → Tempo e recurso para reproduzir espécies na natureza 
 → Microorganismos não se reproduzem sexualmente 
 critério sexual inapropriado 
 → Plantas podem reproduzir por brotamento ou clones 
 critério sexual inapropriado 
 
CONCEITO DE ESPÉCIE 
6 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
Conceito “Biológico” completo: 
 Indivíduos da mesma espécie são capazes de se acasalar e 
produzir prole fértil e/ou capazes de hibridar e seus genes são 
combinados e redistribuídos na progênie (Mayr & Dobzhansky 1930) 
O termo “ESPÉCIES é uma definição convencional 
e não representa adequadamente todos contextos 
 em que é aplicada!!!! 
 
 
CONCEITO DE ESPÉCIE 
7 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
Conceitos de espécie: 
 Taxonômico 
 Biológico 
 Evolutivo 
 Filogenético 
 Genealógico 
 Reconhecimento 
 Coesão ( ver Futuyma 2009 – capítulo sobre espécies) 
ESPÉCIAÇÃO 
8 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
CONSISTE 
 
Evolução de populações Evolução da diversidade 
 taxonômica 
 
 Origem da biodiversidade 
 Surgimento de novos caracteres 
 
 
Produção de novas espécies através da evolução por seleção natural 
 Reprodutivamente isoladas 
ESPÉCIAÇÃO 
9 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
PROCESSOS DE ESPECIAÇÃO 
Geograficamente: 
 Seleção alopátrica 
 Seleção parapátrica 
 Seleção simpátrica 
Isolamento geográfico - Alopatria 
Tipos de “isolamento reprodutivo”: 
 Poliploidia (mais comum em plantas) 
 - 2n a 222n 
 
 Pré-zigótico (impede cruzamento = diferente ritual de corte) 
 Pós-zigótico (há cruzamento, mas prole inviável) 
 
 
ESPÉCIAÇÃO 
10 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
Continuum (Drès & Mallet 2002) 
 
Especiação é um processo e não um evento 
 - Não apresenta ponto definido no qual nova espécie surge 
 
Exemplo (gaivotas marinhas da Sibéria) 
 
CONCEITO DE BIODIVERSIDADE 
Conceito mais simples: 
 Biodiversidade = riqueza de espécies 
 → Número de espécies presentes em unidade geográfica definida 
11 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
Edward O. Wilson 
 → Teoria da biogeografia de ilhas 
 (juntamente com MacArthur) 
 
 → Primeiro a usar o termo 
 "biodiversidade" em um artigo científico. 
12 
CONCEITOS DE BIODIVERSIDADE 
Conceito mais abrangente: 
 
 Biodiversidade = variação entre os organismos e os sistemas 
ecológicos em todos os níveis: 
 
 → variação genética nas populações diversidade genética; 
 
 → diferenças taxonômicas diversidade de espécies; 
 
 → diferenças funcionais entre espécies diversidade funcional; 
 
 → variação na estrutura do bioma e nos processos ecossistêmicos 
 
 diversidade ecológica 
Tipos de diversidade 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
13 
14 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
Quantas espécies existem no mundo? 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
16 
1,5 milhões de espécies? 5 milhões? 30 milhões? 
Muitas espécies a serem catalogadas: 
 Insetos em copa de árvores 
 Galerias deixadas por lava vulcânica 
 Solo de oceanos profundos, em ventos hidrotermais: 
16 novas famílias numa única expedição em galápagos 
e não foram considerados os microorganismos 
 Rochas abaixo da superfície 
 Cavernas marinas 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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DIVERSIDADE GENÉTICA 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
20 
Riqueza de espécies : 
– O número de espécies diferentes de uma determinada área 
 
Variedade e Abundância de espécies em um determinado lugar 
 
Uniformidade de espécies : 
– Número comparativo de indivíduos 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
DIVERSIDADE DE ESPÉCIES - TAXONÔMICA 
21 
Componentes da Biodiversidade 
Riqueza Abundância 
Abundância 
relativa 
Composição 
Biodiversidade 
Equitatividade 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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Modelo simples de riqueza de espécies 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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Modelo simples de riqueza de espécies 
GRUPOS FUNCIONAIS 
 Efeitos similares nos processos 
ecosistêmicos dominantes 
 Respostas similares à condições 
ambientais 
(Díaz and Cabido 1997) 
- 300 espécies - 5 grupos funcionais 
- 43 características consideradas 
 (Leishman and Westoby 1992) 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
DIVERSIDADE FUNCIONAL 
25 
Como medir a biodiversidade? 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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MEDIDAS DE BIODIVERSIDADE 
• Qual é a diversidade de espécies do nosso 
Campus? 
 
• Ela é maior ou menor que a diversidade na 
Cidade Universitária em São Paulo, ou na ESALQ 
em Piracicaba? 
 
• Apresentam a mesma composição de espécies? 
DISCUSSÃO 
• Qual é a diversidade de espécies do nosso 
Campus? 
Curvas “Espécie-Área” 
DISCUSSÃO 
• Plantas – caules, folhas, ramos, colônias, ... 
 
• Animais – tamanhos muito distintos. 
 
 
Todas as bactérias do 
planeta = 50 milhões de baleias 
BIOMASSA vs. # DE INDIVÍDUOS 
• Espécies raras e comuns 
 
• Riqueza 
S = # de espécies 
• Índice de Simpson 
D = 1/Σ Pi
2 
• Equabilidade 
E = D / S 
ÍNDICES DE DIVERSIDADE 
Índice de Biodiversidade Simpson 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
31 
 D = ∑ Pi2 
 
- Onde: Pi é a proporção de indivíduos da amostra que pertence à 
espécie i; 
- Assim, D é a soma da proporção quadrada de cada espécie 
na amostra; 
- Portanto, é a probabilidade de que quaisquer “dois” 
indivíduos retirados aleatoriamente da amostra sejam da 
mesma espécie; 
- Índice de Simpson é expressado mais adequadamente pelo seu 
inverso: 
 D = 
1
 𝑝𝑖
2𝑠
𝑖=1
 
 
Índice de Biodiversidade Shannon 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
32 
Considera riqueza e abundância relativa 
 
 H = - ∑ Pi lnPi 
 
Onde: 
H diversidade de espécies; 
Pi proporção de indivíduos ou biomassa que cada espécie “i” 
contribui para a amostra total 
 
OBS: ↑ equibilidade (uniformidade) das espécies ↑ H 
 
Experimento de Rothamsted (Inglaterra) 
Pasto de 3,25ha subdividido em 20 parcelas 
Efeito de fertilização em parcelas 
Experimento: parcelas controle vs fertilizadas anualmente 
Duração: 1856 a 1949 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
33 
Shannon-Weaver 
Predomínio de uma ou poucas spp. 
 
 
↓ equibilidade 
 
 
↓ Diversidade 
34 
Relação entre riqueza de espécie 
LOCAL e REGIONAL 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
 Diversidade γ = 
diversidade regional 
(total de espécies naregião) 
 Diversidade  = 
diversidade de diferenciação 
(quão diferentes são os ambientes) 
 Diversidade  = 
diversidade local 
(média por ambiente) 
Quanto maior o valor, mais 
especializadas as espécies, 
maior a necessidade de 
conservar mais habitats 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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Geralmente, diversidade por ambiente (no caso, S médio =  = 4) 
Chaparral: S = 4 
Campos: S = 5 
Carvalhos: S = 3 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
36 
Mas a paisagem é composta por diferentes ambientes e cada ambiente 
pode ter um conjunto diferente de espécies (no caso, plantas) 
Chaparral: 
sp. 1 
sp. 2 
sp. 3 
sp. 4 
Campos: 
sp. 5 
sp. 6 
sp. 7 
sp. 8 
sp. 9 Carvalhos: 
sp. 10 
sp. 11 
sp. 12 
 = 4 
 = 12 
 
 =  
 = / 
 = 3 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
37 
Em muitos casos, uma mesma espécie pode ocorrer em diferentes 
ambientes, o que reduz a diversidade de uma região 
Chaparral: 
sp. 1 
sp. 2 
sp. 3 
sp. 4 
Campos: 
sp. 1 
sp. 2 
sp. 3 
sp. 4 
sp. 5 
Carvalhos: 
sp. 1 
sp. 2 
sp. 6 
 = 4 
 = 6 
 
 =  
 = / 
 = 1,5 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
38 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
39 
 Diagrama de Abundância Relativa 
 
→ Ordenamento segundo abundância relativa; 
→ Linha mais inclinada indica que poucas espécies dominam comunidade; 
• Coeficiente de Sorenson = 2C / (S1 + S2) 
- C = número de espécies em comum 
- S = riqueza de espécies de cada comunidade 
COMPARAÇÃO ENTRE COMUNIDADES 
Fatores com promovem a biodiversidade 
 Intensidade de Predação (Espécies-chave) 
– Geralmente predadores 
– impedem que espécies com maior capacidade 
competitiva levem outras à extinção 
predador 
Presa 1 Presa 2 
+ _ 
_ 
+ 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
41 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
42 
• Exemplo 
 Cascatas tróficas 
 – podem promover diversidade 
efeitos alternados ao longo de cadeias tróficas 
 
Predador 
Planta 
Herbívoro + 
+ 
+ 
_ 
_ 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
44 
- Bottom-up 
- Top-down 
PADRÕES DE DIVERSIDADE 
• Regiões tropicais tendem a 
apresentar mais espécies 
que regiões temperadas ou 
polares. 
• Padrão geográfico em riqueza de espécies de aves 
 
GRADIENTE EM LATITUDE 
• Tempo e estabilidade/distúrbio 
• Heterogeneidade em espaço e tempo 
• Intensificação de interações ecológicas 
Diversidade de espécies 
de bivalves 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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 Gradiente Latitudinal 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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BIODIVERSIDADE NOS TRÓPICOS & ENDEMISMO 
25% das espécies vegetais 
44% das espécies de vertebrados (sem contar peixes) 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
51 
 
1. Radiação solar 
2. Condições mornas e 
úmidas 
3. Estabilidade do Clima 
4. Produtividade primária 
5. Predadores, doenças e 
parasitas 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
Por que tem tantas espécies nos trópicos? 
52 
Relação positiva da 
diversidade com 
produtividade... 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
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Produtividade 
Padrões Regionais 
• Muitos fatores podem operar simultaneamente 
A RIQUEZA DE ESPÉCIES EM ILHAS 
 Modelo de equilíbrio de espécies (Biogeografia de Ilhas) 
MacArthur & Wilson (1967) 
– A taxa de imigração de novas espécies deve estar 
equilibrada com a taxa de extinção das espécies 
 
 É necessário considerar o tamanho da ilha e a distância entre 
a ilha e o continente 
 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
55 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
56 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
57 
C
h
e
ga
d
a 
d
e
 n
o
va
s 
e
sp
é
ci
e
s 
D
e
sa
p
ar
e
ci
m
e
n
to
 d
e
 e
sp
é
ci
e
s 
• Maior heterogeneidade de habitats 
• Maior probabilidade de imigração 
• Maiores populações 
– Maior diversidade genética 
– Distribuição mais ampla 
– Menos probabilidade de extinção 
Por que áreas maiores abrigam maior 
riqueza? 
O que afeta a biodiversidade? 
• Perda/fragmentação de habitat (mudanças no 
uso da terra) 
• Poluição / chuva ácida 
• Espécies invasoras 
• Exploração de recursos naturais 
TEORIA DOS REFÚFIOS 
Explica a biodiversidade na Amazônia? 
• Fragmentação de mata ombrófila e expansão 
do cerrado (ou algum tipo de Mata Seca) na 
região Amazônica 
1. Precipitação e temperatura 
2. Áreas geologicamente complexas 
3. Isolamento 
 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
Distribuição da diversidade biológica 
61 
A DIVERSIDADE DE ESPÉCIES 
 A diversidade varia com a localização geográfica 
 
 As comunidades mais ricas em espécies 
– Florestas tropicais úmidas 
– Recifes de coral 
– Zona do fundo do oceano 
– Grandes lagos tropicais 
 
BIODIVERSIDADE: CONCEITOS E MEDIDAS 
62 
REVISÃO DO CONTEÚDO 
 A diversidade pode ser compreendida em termos de relações 
de nicho; 
 
 As teorias de equilíbrio de diversidade equilibram os fatores 
que adicionam e que removem espécies; 
 
 As explicações para a alta riqueza de espécies de árvores nos 
trópicos se focalizam na dinâmica da floresta 
63 
REVISÃO DO CONTEÚDO 
 A variação na abundância relativa das espécies influencia os 
conceitos de biodiversidade; 
 
 O número de espécies aumenta com a área amostrada; 
 
 Os padrões de macroescala da diversidade refletem a latitude, 
a heterogeneidade ambiental e a produtividade; 
 
 A diversidade tem componentes regionais e locais; 
64 
SUGESTÕES DE LEITURAS 
• Begon, M.; Townsend, C. R. & Harper, J. L. 2008. Ecologia: De indivíduos a 
ecossistemas. 4ª Edição. Blackwell Publishing. 738 p. 
 
• Townsend, C. R.; Begon, M. & Harper, J. L. 2010. Fundamentos de Ecologia. 3ª 
Edição Artmed Editora S.A. 592 p. 
 
• Ricklefs, R. E. 2010. Economia da natureza. 6ª Edição, Editora Guanabara Koogan 
S.A. 570 p. 
 
• Ricklefs, R. E. & Miller, G. L. 2000. Ecology. Freeman and Company. 4th Edition. P. 
822 
 
• Miller G. T. & Spoolman S. E. 2012. Ecologia e Sustentabilidade. Cengage Learning. 
295 p. 
 
• Feinsinger P. 2003. El diseño de studios de campo para la conservación de la 
biodiversidad. Editorial Fan. 242 p. 
65 
PRÓXIMA AULA 
1. Leitura e redação de resenha do artigo: 
GIULIETTI, A. M.; HARLEY, R. M.; QUEIROZ, L. P.; WANDERLEY, M.G. L.; VAN 
DEN BERG, C. 2005. Biodiversidade e conservação das plantas no Brasil. 
Megadiversidade, 1(1): 52-61. 
 
2.Defina os principais conceitos de biodiversidade 
 
3. Quais os principais fatores que afetam a biodiversidade? Explique-os 
 
4. Quais são as principais medidas de biodiversidade? 
 
5. Quais diferenças entre usar índices (ex. Simpson ou Shannon) e 
diagramas de abundância relativa? Quais vantagens de se adotar 
diagramas? 
ATIVIDADES PROPOSTAS 
66 
Diversidade entre as turmas 
2º ano 
• Origem (cidade) 
S = 
D = 
E = 
 Cidade Contagem Freq. Cidade Contagem Freq. 
4º ano 
• Origem (cidade) 
S = 
D = 
E = 
 
Índice de Simpson 
Diversidade entre as turmas 
2º ano 
• Origem (cidade) 
S = 
H = 
 Cidade Contagem Freq. Cidade Contagem Freq. 
4º ano 
• Origem (cidade) 
S = 
H = 
 
Índice de Shannon 
Diagrama de abundância relativa 
2º ano 
• Origem (cidade) 
Cidade Contagem Freq. Cidade Contagem Freq. 
4º ano 
• Origem (cidade) 
- Fazer um gráfico contendo as distribuições de abundâncias 
relativas de ambas as turmas 
- Ordenar a frequência da maior para a menor