BioCons_aula 8

Prévia do material em texto

Biogeografia e 
Genética na 
Conservação da 
Biodiversidade 
Dr. Márcio Efe 
Biogeografia => ciência que se preocupa 
com os problemas relacionados à distribuição 
atual e passada dos seres vivos 
Como os seres vivos são distribuídos sobre a superfície 
terrestre e ao longo da história da Terra? 
Níveis do estudo de Biogeografia 
 
• Biogeografia ecológica: analisa o padrão de distribuição 
individual ou populacional em função de suas adaptações às 
condições atuais do meio. 
 
 => como os processos ecológicos atuam a curto prazo ? 
Biogeografia histórica: 
• analisa o padrão de distribuição de táxons (espécies ou 
outros níveis) em função de fatores históricos 
 => como os processos ecológicos atuam a longo prazo ? 
Distribuição atual dos táxons pode ser usada para 
reconstruir a seqüência de eventos geológicos e 
geográficos da Terra 
Biogeografia histórica 
• Dispersão 
• Vicariância 
ENFOQUES FUNDAMENTAIS 
Migração de táxons através 
de barreiras biogeográficas 
• Dispersão 
ENFOQUES FUNDAMENTAIS 
Tempo 
É o movimento dos organismos, 
ao longo do tempo, para fora de 
seus pontos de origem 
Ex.: Camelo, Guanaco, 
Vicunha 
Evento de dispersão entre 
as faunas das Américas do 
Sul e Norte durante o 
Pleistoceno – Istmo do 
Panamá – “ponte” de 
ligação entre os dois 
continentes. 
O grande Intercâmbio das Américas 
Ancoradas no conceito geológico de estabilidade da Terra, 
explicações dispersionistas dominaram a biogeografia por 
séculos. 
Naquela época, o 
conhecimento científico 
nesta área estava 
impregnado pela idéia de 
centro de origem e das 
rotas de dispersão 
A dispersão não era capaz de explicar alguns padrões como as 
distribuições disjuntas - existência de duas populações da mesma espécie 
ocorrendo de forma descontínua, com lacunas onde simplesmente não ocorre 
um só indivíduo daquela espécie ou grupo de espécies 
Não houve uma dispersão 
e sim a fragmentação de 
uma população 
Esse panorama começou a ser alterado a partir da 
panbiogeografia de Léon Croizat, que questionou a 
estabilidade geológica do planeta com base na deriva 
continental, defendendo que as disjunções entre as 
populações estariam relacionadas a alterações no espaço. 
Distribuição de uma espécie 
ancestral é fragmentada em 
duas ou mais áreas, gerando 
uma barreira geográfica efetiva 
entre as subpopulações isoladas 
• Vicariância 
ENFOQUES FUNDAMENTAIS 
Tempo 
A extensão da barreira e 
sua duração pode 
resultar em um processo 
de especiação 
O conceito básico do método pan-biogeográfico é o traçado 
individual, interpretado como um setor de terra ou mar onde 
se desenvolveu um táxon. 
Panbiogeografia 
A orientação dos traçados 
representa a construção de uma 
hipótese da seqüência das 
disjunções; 
 
Para a designação de um 
traçado deve-se analisar os 
eventos geográfico-geológicos 
de maior relevância que tenham 
resultado em divisão de áreas 
geológicas, climáticas ou de 
continuidade de hábitat 
Biogeografia de grupos individuais não oferece informações 
para o estabelecimento de padrões mais gerais, sendo 
necessário para a análise biogeográfica o estabelecimento 
de congruência de vários grupos 
14 
Regiões Biogeográficas 
A partir da fusão do método filogenético e da 
panbiogeografia, surgiu a biogeografia cladística ou 
de vicariância, que enfatiza a procura por padrões de 
distribuição congruentes na história filogenética dos 
táxons. 
 
A biogeografia cladística ou vicariante assume que a 
correspondência entre relações taxonômicas e relações 
entre áreas é biogeograficamente informativa. 
• A grande maioria das espécies possuem distribuições geográficas muito 
pequenas, poucas são cosmopolitas. 
 
 
• Espécies com distribuição pequena tendem a se concentrar em 
determinadas áreas bem definidas, em um fenômeno denominado de 
provincialismo. 
 
 
• Estas áreas com grande concentração de espécies com distribuição 
restrita são denominadas de centros ou áreas de endemismo. 
 
 
• Centros de endemismo são espaços geográficos prioritários para 
planejamento e ação de conservação porque eles possuem uma biota 
única, bem distinta das biotas encontradas em outras regiões. São, 
portanto, regiões insubstituíveis. 
Padrões biogeográficos gerais 
Centros de endemismos regionais 
Centros de endemismos regionais 
Centro de Endemismo PERNAMBUCO 
Centros de endemismos mundiais 
20 
Genética da Conservação 
 O objetivo da genética da 
conservação é o estudo da 
biodiversidade molecular nas 
populações naturais das espécies. 
• Incertezas taxonômicas mascarando a diversidade verdadeira 
ou criando falsa diversidade; 
 
• Definição de Unidades Evolutivas Significativas (ESUs: 
evolutionary significant unit) e unidades de manejo dentro da 
espécie 
 
• Depressão por exocruzamento 
Aspectos genéticos principais na biologia da 
conservação. 
Estudos de genética da conservação são úteis 
na estimativa da variabilidade genética ou 
heterozigosidade; 
 
Como o endocruzamento e a deriva genética são 
inversamente proporcionais ao tamanho das populações é 
comum observar níveis muito baixos de heterozigosidade 
em espécies que estão (ou estiveram recentemente) 
ameaçadas de extinção; 
< Heterozigosidade > Fragilidade Populacional 
Na estimativa do tamanho efetivo de 
populações ameaçadas ou que sofreram 
estrangulamentos populacionais (bottleneck 
effects). 
 
O tamanho das populações, desde esse ponto de vista, não é 
igual ao número total de indivíduos, mas sim ao número de 
indivíduos participando na próxima geração (se excluem 
indivíduos jovens ou velhos). 
Um caso onde os efeitos da baixa 
variabilidade genética seriam extremos é o 
demônio da Tasmânia, Sarcophilus harrisii. 
 O câncer facial do demônio da Tasmânia é um tipo de 
câncer infeccioso transmitido pelas mordidas entre os 
indivíduos. 
 O problema aumenta devido a baixa variabilidade dos genes 
do sistema imune. 
 Ocorre de 20 a 50% de diminuição das populações. 
 Letalidade de 100% 
Um problema extra é a competição com a 
raposa-vermelha, introduzida na Tasmânia 
em 2001. 
Identificação de Indivíduos e Estruturas familiares 
 Outra aplicação importante é para determinação do sexo em 
aves que não apresentam dimorfismo sexual. 
 
 Alguns programas de criação em cativeiro de aves eram mal 
sucedidos até recentemente, pois os casais eram misturados 
ao acaso. 
A filogeografia é o segmento da genética 
que consiste no estudo dos princípios e 
processos que governam a distribuição 
geográfica das linhagens genéticas. 
Filogeografia 
 A Filogeografia tem pontos em comum com a Biogeografia. 
 O papel da vicariância e a dispersão são importantes 
 Se interessa em como os eventos históricos moldaram a 
distribuição geográfica dos organismos. 
 Foca no tempo das divergência e dos eventos (dispersão 
ou vicariância). 
 
 
 Seu objetivo final é um enfoque comparativo: 
 
Táxons diferentes com distribuições similares 
explicam fenômenos similares 
A filogeografia pode explicar as conseqüências dos 
grandes eventos históricos que provocam impactos 
a nível de continentes. 
 
 A última idade glacial que 
teve o máximo de extensão há 
18.000 anos, levou a 
fragmentação das populações 
em refúgios (Na Europa as 
penínsulas Ibérica, Itálica e 
Balcânica). 
 Atobá-mascarado teve sua 
expansão genética do mar do Caribe 
para o Pacífico durante a abertura do 
Istmo do Panamá 
Filogeografia x Genética de Populações A filogeografia pode ajudar na priorização de áreas de 
alto valor para a conservação. 
 
 Análises filogeográficas podem auxiliar definição de 
Unidades Evolutivas Significativas (ESUs), uma unidade de 
conservação abaixo do nível da espécie que é muitas vezes 
definida por padrões genéticos e de distribuição geográfica 
únicos 
Detectar populações importantes para conservação 
Sterna eurygnatha 
Espécie 
Sterna sandvicensis 
Espécie 
Thalasseus sandvicensis sandvicensis 
Raças distintas 
Thalasseus sandvicensis acuflavidus 
Raças distintas 
Raças distintas 
Thalasseus sandvicensis eurygnathus 
+ 
+ 
Diversidade morfológica 
ilhas entre maio e setembro 
praias entre setembro e janeiro 
Diversidade ecológica 
praias entre maio e 
setembro 
Áreas de estudo 
North Carolina, USA – 
T. s. acuflavidus 
Ilha Escalvada – ES 
T. s. eurygnathus 
Punta León – AR 
T. s. eurygnathus 
Delta del Ebro, Espanha – 
T. s. sandvicensis 
20 
indivíduos 
de cada 
área 
Métodos - Captura 
cercado neblina 
no ninho cercado 
Métodos - Marcação 
Métodos – Coleta e preservação do 
sangue 
Tampão 
+ 
SANGUE 
Métodos – Extração, Amplificação e Seqüênciamento 
• EXTRAÇÃO => Método do Fenol-Clorofórmio Padrão (Sambrook 
et al. 1989) 
 
• AMPLIFICAÇÃO => PCR - Polymerase Chain Reaction (Palumbi 1996) 
 
• PURIFICAÇÃO => PEG 8000 
 
• SEQUENCIAMENTO do DNA => termocicladores e 
submetido ao seqüenciador automático MegaBACE do 
Centro de Biologia Genômica e Molecular da PUCRS para 
leitura. 
 
• Cromatogramas => visualizados utilizando o Chromas 2.23 
Métodos – Alinhamento 
• ALINHAMENTO => CLUSTALX e BIOEDIT. 
Métodos – Genes estudados 
Citocromo Oxidase I 
 
+ 
 
Citocromo B 
 
+ 
 
ND2 
+ 
2 nucleares 
(bFib e Myo) 
Métodos – Análises Filogenéticas 
MrBayes 
DNAsp 
MEGA + 
PAUP 
Network 
Variabilidade 
genética 
• Paup*=> máxima parcimônia (MP) 
• Paup*=> máxima verossimilhança (ML) 
 
• MrBayes 3.0 => método Bayesiano 
• MEGA => Distância (K2P / NJ) 
Filogenia 
Genes Mitocondriais e Nucleares concatenados 
Conclusões 
• Nossos resultados indicam que as populações Americanas e 
Européia são geneticamente isoladas. 
 
• Os dados sugerem fortemente que T. sandvicensis e T. 
acuflavidus/eurygnathus são espécies válidas. 
 
 
• Nós propomos então a validação do tratamento taxonômico para 
o complexo acuflavidus/eurygnathus como 
 
Thalasseus acuflavidus. 
Filogeografia e estrutura genética nas Américas 
• Mesmos genes mitocondriais (ND2, Cyb, COI) e nucleares (Myo, Fib) 
 
+ 
 
• 9 loci de microsatélites desenhados para gaivotas 
Conclusões 
• Todas as três populações apresentaram sinais de efeito 
gargalo seguido de expansão populacional. 
 
• Os resultados sugerem a ocorrênca de uma zona de 
hibridização entre o Brasil e a América do Norte. 
 
• A diferença entre os períodos reprodutivos no Brasil e 
Argentina pode ser importante no recente isolamento destas 
aves costeiras. 
 
 B1 – extensão de ocorrência e B2 – área de ocupação estimada < 2.000 
km2 
 
 a) severamente fragmentada 
 b) continuado declínio da extensão 
 de ocorrência, da área de ocupação, 
 da qualidade de habitat e do número 
 de localidades 
 c) extrema flutuação da extensão 
 de ocorrência, da área de ocupação 
 e do número de localidades VULNERÁVEL 
Situação Nacional 
 
 B2 – área de ocupação estimada < 2.000 km2 
 
 a) severamente fragmentada 
 b) continuado declínio da área de ocupação, 
 da qualidade de habitat e do número 
 de localidades 
 c) extrema flutuação da área de ocupação 
 e do número de localidades 
AMEAÇADA 
Situação R egional 
56 
Ferramentas da Biogeografia e 
da Genética são úteis na 
identificação de áreas e ESUs 
importantes para a 
Conservação da Biodiversidade 
Resumindo …