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JP Metzger Lepac USP

Conservação Ecológica

Biogeografia de ilhas e metapopulações

Jean Paul MetzgerDepto. Ecologia – IB - USP


1. Definições2. Por que conservar?

Causas de extinçõesEstimativas de perda

3. Sensibilidade das populações pequenas4. Vulnerabilidade à extinção

Principais tópicos

I – CONCEITOS GERAIS DE CONSERVAÇÃO

II – ESTUDO DE POPULAÇÕES FRAGMENTADAS

5. Biogeografia de ilhas

6. A teoria de metapopulações

7. Ecologia de paisagens


SISTEMA NACIONAL DE UNIDADES DE CONSERVAÇÃOLEI No 9.985, DE 18 DE JULHO DE 2000.

Conservação da natureza: todo tipo de manejo da natureza (proteção total, utilização sustentável e restauração) visando a perpetuação das espécies e a manutenção dos recursos naturais de forma sustentável.


• estéticas, cênicas• econômicas:

• valores diretos: consumo (lenha, caça), produtivo (madeira de lei, castanha do Pará, peixes, frutas, mel, cera de abelha,....)• valores indiretos (serviços ambientais): proteção de mananciais, contenção de erosões, deslizamentos e enchentes, controle climático, recreacional, eco-turismo• valor de opção: banco genético para indústria de alimentos e de fármacos

• éticas (valor de existência)

Por que conservar a biodiversidade ?


VALORES INSTRUMENTAIS: •estéticas, cênicas• econômicas:

• valores diretos:• valores indiretos (serviços ambientais):• valor de opção

VALORES INTRÍNSECOS• éticas (valor de existência)


Qual a diferença de considerar valores intrínsecosou instrumentais?

JP Metzger Lepac USPSe extinções são naturais, por que se preocupar?


- Perda e fragmentação do habitat

- Introdução de espécies exóticas

- Exploração direta

- Mudanças climáticas

Principais causas dacrise da biodiversidade


Exemplo do Mar de Aral

Antiga União Soviética (agora Cazaquistão –Uzbequistão)

Era a quarta maior superfície de água doce do mundo – 68.00 km2



Alimentado por dois rios (AmuDaria e Sir Daria)

A partir dos anos 1960 foram utilizados para irrigação de culturas de algodão no Uzbequistão (Amu Daria) e de arroz no Cazaquistão (Sir Daria).

Até 90% da água destes rios foi retirada.



1989 2003


Exemplo do Mar de Aral• O Mar de Aral praticamente secou (perdeu 60% do

seu volume);• Com o aumento da salinidade, os peixes morreram

(20 das 24 espécies de peixes locais se extinguiu) e a comunidade de pescadores locais (60 mil pessoas) abandonou as atividades;

• Os depósitos de sal nas áreas ressecadas foram dispersas pelo vento, reduzindo a produtividade agrícola e acabando com a criação de gado num raio de 200 km no entorno do Mar de Aral;


Exemplo do Mar de Aral• O lençol freático baixou de 5 a 15 m nas áreas do

entorno e ficou salgada;• Nas áreas irrigadas, o lençol subiu, provocando a

salinização do solo e sua desertificação• O clima mudou, ficando mais quente no verão e

menos chuvoso.• A população sofre com a alta densidade de areia e sal,

com a contaminação dos solos e da água por pesticidas (muito usados para o algodão) – a amamentação não é recomendada devido à alta concentração de pesticidas no leite materno! A incidência de câncer de garganta e de doenças respiratórias é alta.


Estimativas de perda de espécies

Arrhenius (1921):

S=c Az onde: S: riquezaA: áreac e z constantes (específicas)

Arrhenius, O. 1921. Species and area. J. of Ecology 9: 95-99.


Relação entre área de uma ilha e a taxa de extinção

A variação da riqueza em função da área da ilha pode ser modelizada a partir da equação logística:

S: riqueza específicaA: área da ilhac e z são duas constantes

S = c Az

Log(S) = Log(c) + z Log(A)

Log(A)

Log(S)

Log(c)

zA constante “z” parece representar as capacidades de colonização e as possibilidades de extinção das comunidades estudadas



Arrhenius, O. 1921. Species and area. J. of Ecology 9: 95-99.

z médio = 0,30


mudança no padrão de uso e ocupação das terras....

JP Metzger Lepac USP48% da terra está diretamente transformada / alterada pelo Homem (FAO 2002)



(Wilson 1993)

• 1.500.000 espécies identificadas• Estima-se de 10 a 100 milhões o número de espécies


Estimativas de biodiversidadeErwin, T.L. 1982. Tropical forests: their richness in

Coleopterea and other Arthropod species. Coleopterists Bulletin, 36: 74-75.

• Em uma árvore tropical: 1200 espécies de besouros, das quais 163 específicas à aquela espécie.

• 50 000 espécies de árvores: (* 163) = 8.150.000 espécies de besouros em áreas tropicais

• No total: 10 milhões de espécies de besouros• Insetos (1/3 é besouro) = 30 milhões• Total de espécies: > 60 milhões


• 1.500.000 espécies identificadas• Estima-se de 10 a 100 milhões o número de espécies• A extinção de espécies é estimada em função da perda da área de floresta tropical

• Para S=10 milhões, z= 0,15 ==> extinção = 17.500 espécies/ano

74 espécies/dia3 espécies/hora

• Taxa de extinção é hoje 100 a 1000 vezes maior • Neste ritmo 10-50% das espécies devem desaparecer até2030


(Wilson 1993)



Sexta grande crise de extinção


Taxa de extinção de fundo

vs

Taxa de especiação


• éticas (valor de existência)• estéticas, cênicas• econômicas:

• valores diretos: consumo (lenha, caça), produtivo (madeira de lei, castanha do Pará, peixes, frutas, mel, cera de abelha,....)• valores indiretos (serviços ambientais): proteção de mananciais, contenção de erosões, deslizamentos e enchentes, controle climático, recreacional, eco-turismo• valor de opção: banco genético para indústria de alimentos e de fármacos



Espécies extintas no Brasil-11 espécies extintas nos últimos 500 anos (QUAIS????)

Coleoptero – ExtintoAve (Mutm) – Extinto da NaturezaAve (Arara Azul Pequena) – ExtintoColeoptero – ExtintoLepidoptera – Provavelmente extintoLepidoptera – Provavelmente extintoLepidoptera – Provavelmente extintoLepidoptera – Provavelmente extintoLepidoptera – Provavelmente extintoLepidoptera – Provavelmente extintoGastropodo – ExtintoGastropodo – ExtintoGastropodo – ExtintoAnnelida – Provavelmente extintoAnnelida – Provavelmente extintoOnycophora – Provavelmente extinto


Dodô


Tigre da Tasmânia


Quagga


• Na Mata Atlântica existem 188 a 199 espécies endêmicas, das quais 70 a 102 estão ameaçadas de extinção.

• O tempo de latência entre a perda do habitat e a extinção de uma espécie de ave pode ser de 50 a 100 anos.


Quantas espécies já foram extintasou estão em vias de serem extintas?

IUCN – Bankok(17-25 Nov 2004)


• O que significam as categorias?

CATEGORIA Característica

Extintas Espécies que não existe no ambiente natural

Críticas Probabilidade > 50% de extinção em 5 anos ou em duas gerações

Ameaçadas Probabilidade de 20-50% de extinção em 20 anos ou 10 gerações

Vulneráveis Probabilidade de 10-20% de extinção em 100 anos

Espécies em vias de serem extintas- IUCN

15.589 sp ameaçadas


Espécies em vias de serem extintas- IUCN


1 Subjetividade BRASIL – anfíbios-15 espécies ameaçadas de extinção

(Célio Haddad)

- 110 espécies ameaçadas de extinção (IUCN)

Quantas espécies já foram extintasou estão en vias de serem extintas?

Na dúvida, é ameaçada….

PROBLEMAS:

2 Falta de conhecimento15.589 sp ameaçadas da análise de 3% das spp descritas


• Lista de flora ameaçada de extinção está parada há 2 anos

• Herton Escobar- O estado de s. paulo• A nova lista brasileira de plantas ameaçadas de

extinção, elaborada há mais de dois anos, está parada no Ministério do Meio Ambiente (MMA), que discorda da opinião dos cientistas. Preparada por um grupo de quase 300 especialistas, ela inclui 1.495 espécies. A lista atual, de 1992, tem apenas 107 espécies e estácompletamente desatualizada, segundo os pesquisadores.

• O ministério discordou do trabalho. Queria aprovar apenas 400 espécies, segundo Gláucia Drummond, superintendente técnica da Fundação Biodiversitas, ONG com sede em Belo Horizonte que coordena a elaboração da lista em convênio com o Ibama.


• - Quando o governo publica uma lista, ele é cobrado. Vai ser necessário tomar medidas, gastar mais recursos, fazer mais estudos. Pessoas podem ser presas, pagar multas etc. Pode haver comunidades indígenas ou ribeirinhas que usem aquelas espécies. Por isso, temos que ter mais cuidado. E o cuidado é dos dois lados, não se vai deixar uma espécie de fora. Se ela estiver ameaçada, ela está ameaçada e pronto. Mas temos que ter critério - defende Lidio Coradin, da Diretoria de Conservação da Biodiversidade, do MMA.

• Para Coradin, a posição de uma organização não-governamental é mais fácil, uma vez que suas declarações não incorrerão em problemas jurídicos.Esses também, embora relacionados à pesquisa científica, são citados pela IUCN.

O Globo Online – 18 agosto 2008





Principais tópicos







5.300 ha da Reserva de Poço das Antas ésuficiente para proteger o Mico-Leão-Dourado, sabendo que vivem lá cerca de 400 indivíduos?

QUAL É A POPULAÇÃO MINÍMA VIÁVEL?

Sensibilidade de populaçõespequenas


O QUE É UMA POPULAÇÃO MINÍMA VIÁVEL?

“Uma PMV para uma espécie em um determinado local é a menor população isolada que tenha 99% de chances de continuar existindo por 1.000 anos, a despeitos dos efeitosprevisíveis de estocastividade genética, ambiental e demográfica, e de catástrofes naturais” (Shaffer 1981)

Eventos estocásticos : eventos probabilísticos




1. Deriva genética – redução na frequência de alelosde uma geração para a outradeclínio da heterozigozidade

2. Depressão endogâmica – acasalamento entreparentes próximos cria fracaou estéril (alelos nocivos)

ESTOCASTICIDADE GENÉTICA

Perda da variabilidade gênica

Perda da flexibilidade evolucionária



Na capacidade de carga:taxa média nascimento = taxa média de mortalidade

Em populações pequenas, as taxas têm alta variância.

- Redução repentina no tamanho populacional- Desbalanceamento na proporção de sexos;

ESTOCASTICIDADE DEMOGRÁFICA



Efeito Allee: quanto menor a população, maior as chances delase reduzir ainda mais…


Tamanho da população

(espécie ameaçada)

Reprodução

--



Efeito Allee: quanto menor a população, maior as chances delase reduzir ainda mais…

- Dificuldade de encontrar os parceiros para acasalamento;- Capacidade de encontrar alimentos- Capacidade de defender território contra ataques




- Variações climáticas (secas, cheias, …) disponibilidade de alimento

- Catástrofes: tempestades, terremotos, incêndios, erupçõesvulcânicas,…

Causam variações no tamanho populacionalPopulações pequenas podem ser extintas por um desteseventos.

ESTOCASTICIDADE AMBIENTAL e CATÁSTROFES NATURAIS


O QUE É UMA POPULAÇÃO MINÍMA VIÁVEL?

“Uma PMV para uma espécie em um determinado local é a menor população isolada que tenha 99% de chances de continuar existindo por 1.000 anos, a despeitos dos efeitosprevisíveis de estocastividade genética, ambiental e demográfica, e de catástrofes naturais” (Shaffer 1981)

Vertebrados: 500 – 1000 indivíduos Invertebrados: > 10.000 indivíduos



QUAL A ÁREA MÍNIMA NECESSÁRIA PARA A CONSERVAÇÃO DE UMA ESPÉCIE?

É a área necessária para manter um população mínima viável.

Mamíferos de pequeno porte:

10.000 – 100.000 haOnças do Pantanal?

Uma onça = 14.200 ha

1000 onças = 14.200.000 ha






Principais tópicos







Vulnerabilidade à extinção

- Densidade populacional baixa

- Distribuição espacial restrita

- Grande especificidade de habitat

As espécies raras estão entre as maisvulneráveis à extinção…

O que é uma espécie rara?


Ameaças e endemismo

Ex.: Jararaca ilhoa

Ilha Queimada-Grande

Bothrops insularis


Ameaças e endemismo


- Grandes exigências de espaço

- Dificuldade de deslocamento

- Baixa fecundidade

- Dependência por recursos imprevisíveis ouirregularmente distribuídos

- Ninhos no chão

- Intolerância a ambientes de borda

- Interesse para populações humanas

São mais vulneráveis à extinção espécies com:


JP Metzger Lepac USPHenle et al. 2004






Principais tópicos







• Biogeografia de ilhas

• Conceituação

• Aplicação

Bases para a conservação

I – MODELOS DE ILHAS E DE REDE

• Teoria de metapopulações

• Conceituação

• Aplicação

II – MODELOS DE MOSAICOS

• Ecologia de paisagens

• Conceituação

• Aplicação


2. Onde conservar?

A

CB

E

D

FG


Regras para definição de reservas “baseadas na teoria das ilhas”

(Terborgh 1974, 1975, Diamond 1975, Wilson & Willis 1975, IUCN 1980)

Conservação baseada na teoria da ilhas


A teoria da biogeografia das ilhas(MacArthur, R.H. and Wilson, E.O. 1967. The theory of island

biogeography. Princeton Univ. Press. Ed., Princeton)

Esta teoria estava baseada em três observações:

1. Comunidades insulares são mais pobres em espécies do que as comunidades continentais equivalentes (Sc > S1);

2. Esta riqueza aumenta com o tamanho da ilha;3. Esta riqueza diminui com o aumento do isolamento da ilha.

S2

S3 S1

S4

Sc

(S1 > S2)(S3 > S4)

(S1 > S3)

(S2 > S4)




Esta teoria estava baseada também numa premissa:

1. As ilhas não funcionam como um sistema fechado:

S2

S3 S1

S4

Sc

(S1 > S2)(S3 > S4)

(S1 > S3)

(S2 > S4)




Existe um equilíbrio dinâmico entre extinção e colonização

Se

Tax

a de

col

oniz

ação

(esp

écie

s/ te

mpo

)

Chegada de uma espécie nova na ilha

Tax

a de

ext

inçã

o(e

spéc

ies/

tem

po)

Número de espécies0 P




Existe um equilíbrio dinâmico entre extinção e imigração

Se

Tax

a de

col

oniz

ação

(esp

écie

s/ te

mpo

)

Tax

a de

ext

inçã

o(e

spéc

ies/

tem

po)

Espécies com maior capacidade de locomoção chegam mais rapidamente

Número de espécies0 P

Predação e competição aumentam o risco de

extinção




Este equilíbrio dinâmico depende da área da ilha.

Segrd

Tax

a de

col

oniz

ação

(esp

écie

s/ te

mpo

)

Tax

a de

ext

inçã

o(e

spéc

ies/

tem

po)

Número de espécies0 PSepq

grandepequena


Relação entre RIQUEZA e ÁREA de uma ilha:

A teoria da biogeografia das ilhas

Exemplo: riqueza de aves nas ilhas de Aland (Finlândia)

• Efeito de área ou efeito de heterogeneidade ?



Exemplo: experimentos de Simberloff em manguezais com invertebrados




• Redução da heterogeneidade do habitat;

• Área da ilha < Área mínima necessária para a sobrevivência de uma determinada população;

• Intensificação das competições inter e intra específicas devido à escassez de recursos;

• Extinções secundárias, devido ao desaparecimento de espécies-chave;

• Aumento dos riscos de extinções estocásticas.






Este equilíbrio dinâmico depende do isolamento da ilha.

Selonge

Tax

a de

col

oniz

ação

(esp

écie

s/ te

mpo

)

Tax

a de

ext

inçã

o(e

spéc

ies/

tem

po)

Número de espécies0 PSeprox.

Longe

Próxima


Relação entre isolamento de uma ilha e a taxa de imigração


Exemplo: aves nas ilhas das Bahamas




A riqueza de uma comunidade insular depende de equilíbrio dinâmico entre as taxas de extinção e de imigração, que, por sua vez, são influenciadas pela área e isolamento da ilha.

Trata-se de uma teoria simples, sedutora, fácil de ser testada e com muitas implicações práticas.



Os legados da teoria das ilhas para conservação :

• A metáfora de refúgios/reservas como ilhas;

• O debate do SLOSS (“single large or several small”);



O debate do SLOSS (“single large or several small”)

single large several smallor



O debate do SLOSS (“single large or several small”)Estratégia de maximização da riqueza específica(Simberloff & Abele 1976, 1982, Järvinen 1982, Margules et al. 1982, Mclellan et al. 1986)• Várias pequenas reservas permitem proteger um númeromaior de espécies

- Dados de campo- Modelos baseados em equações logísticas

• No entanto: muitas espécies são de borda e generalistas(espécies focais podem não estar protegidas)

- Riqueza não implica numa maior estabilidade ounum “bom” funcionamento do ecossistema

- A longo prazo, fragmentos pequenos só suportamespécies se houver um fonte estável próxima




Estratégias de minimização dos riscos de extinção(Diamond 1975, 1976, Wilson and Willis 1975, Terborgh 1974 et1976, Whitcomb et al. 1976, Fahrig and Merriam 1985)• Uma única reserva grande é melhor

- Quanto maior a reserva, menor os riscos de extinções (simulações)

- 5000 km2 para obter uma taxa de 0,5% em 100 anos (Terborgh 1976)

• No entanto, há maior risco de extinções em massa porperturbações raras de grande escala



2. Onde conservar?

A

CB

E

D

FG



Limitações do SLOSS na prática

1. Raramente a questão do SLOSS pode ser aplicada (e.g.,

“tem que conservar o que sobrou”)

2. As necessidades são muito mais de saber como gerenciar

uma rede de reservas (reconhecer reservas-chave)

3. A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita



A pergunta do SLOSS não é espacialmente explícita:

diferentes graus de fragmentação

single large several smallor

Quantos “several smalls” ?




diferentes isolamentos

several small several smallor

Qual distanciamento ?




diferentes distribuições espaciais

several small several smallor

Qual disposição?



Mudança de paradigma nabiologia daconservação

(Hanski & Simberloff 1997)

Mudança de Paradigma


• Biogeografia de ilhas

• Conceituação

• Aplicação

Bases para a conservação

I – MODELOS DE ILHAS E DE REDE

• Teoria de metapopulações

• Conceituação

• Aplicação

II – MODELOS DE MOSAICOS

• Ecologia de paisagens

• Conceituação

• Aplicação


• Conjunto de indivíduos de uma espécie, habitando um

mesmo local, num mesmo tempo.

• É uma unidade panmítica: todos os indivíduos têm a

mesma chance de interagir (cruzar).

• Dinâmica: ênfase nas mortes e nascimentos de

indivíduos da população.

O que é uma população ?


1. Conjunto de populações locais isoladas espacialmente em fragmentos de habitat e unidas funcionalmente por fluxos biológicos.

O que é uma metapopulação ?

Richard Levins (1969)


2. As populações locais correm risco de extinção: existe uma dinâmica de extinções e recolonizaçõeslocais

Tempo 1 Tempo 2Fragmentos ocupados

Fragmentos vazios



3. Este modelo clássico enfatiza principalmente o turnover das populações locais (“indivíduo == pop. local”).


Fragmentos vazios


P= 4/10

P: Proporção de manchas ocupadas.

P= 6/10


4. Se a taxa de recolonização = taxa de extinção, a metapopulação está em equilíbrio.


Fragmentos vazios

P= 4/10

P: Proporção de manchas ocupadas.

P= 6/10



• A abordagem de metapopulação advem da necessidade de espacializar a dinâmica de populações.

Taxa de extinção Tamanho

Taxa de recolonização Conectividade



• Duas premissas básicas :1. as populações estão estruturadas em conjuntos de populações reprodutivas locais;2. a migração entre as populações locais tem uma influência limitada na dinâmica local, permitindo principalmente o restabelecimento de populações locais extintas.



• As metapopulações apresentam um variedade de estruturas que se organizam num contínuo indo desdespopulações em desequilíbrio às “patchy populations”, oudo modelo de Levins a um modelo de continente-ilha



Um exemplo de metapopulação do tipo Levins: The Glanville fritillary (Melitaea cinxia) metapopulation

• É uma espécie de boborleta ameaçada de extinção, quedesapareceu da Finlândia no final dos anos 1970, e agora ocorre, naquela região, apenas nas ilhas de Alande em algumas ilhas ao redor.

• É uma das metapopulações mais bem estudadas (IlkkaHanski)


Outros exemplos de metapopulação clássica

- 57 das 94 espécies de borboletas residentes da Finlândia(com muita incerteza)

- Insetos florestais que vivem em microhabitats, comotronco de árvores mortas (besouro)

- Daphnia em poças d’água em rochas;- Anfíbios em brejos/lagoas- Aves e pequenos mamíferos em paisagens tendo pequenos

bosques


A teoria das metapopulações :

1. Recuperou a importância dos pequenos fragmentos para a conservação. A teoria da biogeografia acentuava a importância dos grandes fragmentos (que muitas vezes não existem numa escala local ou regional), relegando os pequenos fragmentos para um segundo plano.

2. Ressalta a importância da dinâmica de extinção e recolonização, o que valoriza os fragmentos não-ocupados.

3. Mostra que proteger a paisagem onde uma população ocorre hoje não vai necessariamente permitir sua conservação (p.e., as “non-equilibrium metapopulation”).

4. Chama a atenção para a rede de fragmentos, e não apenas para alguns grandes fragmentos.

Conservação baseada em metapopulações

conservação ecológica - ecologiaecologia.ib.usp.br/bie314/aulas_2_ 3_conservacao2008.pdf ·...

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