Diversidade Biológica: Definição e Valor. Disciplina: Biologia da Conservação Docente: Profa. Dra. Maria Elisa de Castro Almeida

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1 Diversidade Biológica: Definição e Valor Disciplina: Biologia da Conservação Docente: Profa. Dra. Maria Elisa de Castro Almeida

2 O QUE É DIVERSIDADE BIOLÓGICA? A biodiversidade ou diversidade biológica pode ser definida como a variabilidade de organismos vivos de todas as origens, compreendendo, dentre outros, os ecossistemas terrestres, marinhos e outros ecossistemas aquáticos e os complexos ecológicos de que fazem parte; compreendendo ainda a diversidade de espécies, entre espécies e de ecossistemas" (CDB - Convenção sobre Diversidade Brasileira, art. 2º, 2000).

3 Recentemente ecologistas tem começado a lidar com os processos ecológicos ao longo de uma larga escala temporal e espacial, reconhecendo conexões entre o habitat local e a BIODIVERSIDADE: HISTÓRICO No início do século XIX, a diversidade de espécies era vista como um fenômeno histórico, um reflexo da acumulação de espécies com o passar do tempo (Wallace, 1876; Fischer, 1960). Os ecólogos acreditavam que os habitas tropicais persistiram desde o início da vida, enquanto as mudanças no clima (particularmente durante a última Era Glacial) ocasionalmente destruíram a maioria dos habitats temperados e árticos, reiniciando o "relógio da diversidade" (Ricklefs, 2003). No começo da década de 60 a biodiversidade era vista como resultado de interações ecológicas, particularmente a competição, que foram resolvidas rapidamente dentro de pequenas áreas e habitats (MacArthur, 1972).

4 O que é biodiversidade? Muitas vezes confundida com "diversidade de espécies" de uma região, e ainda, apenas espécies de médio e grande porte, mais perceptíveis, tais como os vertebrados. Biodiversidade ou Diversidade Biológica é um conceito amplo que se refere à diversidade de organismos numa área local ou região, incluindo: O conjunto completo de espécies dos cinco reinos, A variação genética (os genes existentes na natureza, que são as unidades que compõem o patrimônio genético), Suas respostas ao meio e, também, Os ecossistemas.

5 DIVERSIDADE DE ESPÉCIES E COMUNIDADES (1) todos os grupos de seres vivos, sejam eles macro ou microscópicos. Os cinco reinos que compreendem a biodiversidade são: Reino Monera (bactérias e cianobactérias) Reino Protista (protozoários) Reino Fungi (fungos) Reino Vegetal (plantas e algas) Reino Animal (animais) A DIVERSIDADE DE ESPÉCIES E COMUNIDADES FORNECE DIVERSOS RECURSOS AO HOMEM

6 DIVERSIDADE DE GENES (2) Os genes são macromoléculas, presentes em todos os seres vivos, responsáveis pela construção e organização da matéria viva e fundamentais à perpetuação das espécies. Alguns genes podem ser exclusivos de uma determinada espécie. Se ela fosse extinta, esses genes seriam eliminados da natureza e, como conseqüência, haveria perda de biodiversidade, obtida após milhões de anos de evolução. NESTE CASO não se perde apenas a espécie, mas também seu patrimônio genético, ou seja, o conjunto de genes desse ser vivo. Mesmo o mais insignificante micróbio pode ter genes exclusivos, às vezes até importantes para a produção de remédios. A DIVERSIDADE GENÉTICA É FUNDAMENTAL PARA MANUTENÇÃO DA VITALIDADE REPRODUTIVA, A RESISTÊNCIA A DOENÇAS E A HABILIDADE PARA SE ADAPTAR A MUDANÇAS.

7 DIVERSIDADE DE PROCESSOS (3) Os processos "aprendidos" pelos seres vivos ao longo da evolução, mediante a interação das espécies entre si e com o meio físico. As espécies apresentam adaptações ao ambiente em que vivem e, geralmente, não conseguem sobreviver em outro ambiente que não o seu. Essas adaptações, muitas vezes não visíveis, DEVEM ser consideradas e incluídas no conceito de biodiversidade. Muitas dessas formas de "comunicação interna (hormônios e outras substâncias atuando dentro do corpo) e externa às vezes desconhecidas em resposta ao meio provavelmente seriam também perdidas com a extinção de uma determinada espécie. DIVERSIDADE DE PROCESSOS REPRESENTA AS DIVERSAS ADAPTAÇÕES ECOLÓGICAS E EVOLUTIVAS DAS ESPE CIES AO AMBIENTE

8 DIVERSIDADE DE ECOSSISTEMAS (4) Um outro componente do conceito biodiversidade são os ecossistemas, pois são o resultado das interações das espécies entre si e destas com os fatores abióticos, como temperatura, umidade e solo. A perda de ambientes leva à extinção da(s) espécie(s) que deles depende(m). DIVERSIDADE DE ECOSSITEMAS REPRESENTA A RESPOSTA COLETIVA DAS ESPÉCIES ÁS DIFERENTES CONDIÇÕES AMBIENTAIS. COMUNIDADES BIOLÓGICAS DÃO CONTINUIDADE AO FUNCIONAMENTO APROPRIADO DE ECOSSISTEMAS, FORNECENDO SERVIÇÕS BENÉFICOS COMO CONTROLE DE ENCHENTES, PROTEÇÃO DO SOLO, E FILTRAGEM DO AR E DA ÁGUA.

9 Existe biodiversidade em todos os tipos de ambientes: desertos, florestas, mares, rios, etc., mas a composição de espécies e processos é bastante variada. As espécies de plantas encontradas no deserto do Saara, na África, por exemplo, são diferentes das espécies de plantas presentes no Pantanal. Pantanal Savana Africana As condições naturais do ambiente são determinantes para que a biodiversidade do local seja mantida, e tenha características próprias. As plantas encontradas em um deserto estão acostumadas a viver em climas secos e solos arenosos, ao contrário da vegetação de áreas úmidas.

10 O estudo da biodiversidade local, o que inclui a interação dos seres vivos com o meio, suas adaptações e características internas e externas, é importante para a conservação das espécies. Araras-azuis sobre a bocaiúva. Pantanal de Miranda, MS WWF-Brasil / Cezar Corrêa

11 PADRÃO GERAL DE DIVERSIDADE DE ESPÉCIES Em geral, o número de espécies em qualquer habitat aumenta das áreas polares em direção à áreas temperadas, ocorrendo a diversidade máxima nos trópicos. Mas por que existem tantas espécies diferentes nos trópicos e tão poucas em direção aos pólos?

12 Para entender a diversidade é necessário entender os diversos processos ecológico, evolucionário, geológico e biogeoquímico, e ainda, entender como esses processos interagem. Nem um único processo ou teoria pode explicar um fenômeno tão complexo como a diversidade biológica. O desafio intelectual e o valor científico do estudo da diversidade encontra-se na síntese conceitual exigida para entender o complexo fenômeno que é influenciado por diferentes fatores e processos interagindo entre si (McIntosh, 1987).

13 FATORES QUE PODEM INFLUENCIAR A BIODIVERSIDADE LATITUDE ALTITUDE PRECIPITAÇÃO NUTRIENTES HETEROGENEIDADE ESPACIAL COMPETIÇÃO E NICHO PREDAÇÃO TAMANHO DO HABITAT TEMPO

14 LATITUDE O padrão mais obvio de distribuição global de espécies, observado já no início do século XIX por grandes exploradores naturalistas como Charles Darwin, Henry W. Bates, Alfred R. Wallace entre outros, é que a riqueza de espécies aumenta com a diminuição da latitude. Há muito mais espécies por unidade de área nos trópicos do que nas zonas temperadas, que por sua vez possui muito mais espécies do que nas regiões polares. Como exemplo pode se citar as Florestas tropicais úmidas e os recifes de corais.

15 ALTITUDE Nos ecossistemas terrestres, a diversidade geralmente diminui com o aumento da altitude. Este fenômeno é mais aparente nos extremos de altitude, na qual as regiões mais altas, independente da latitude, apresentam uma baixa diversidade de espécies. A diminuição direta no número de espécies com o aumento da altitude pode, em parte, ser o reflexo da relação espécies-área, pois a área disponível geralmente diminui com o aumento da altitude, e o número de espécies é relacionada com a área. Medidas do número de espécies em lotes com tamanho padronizado, como as realizadas por Gentry (1988), demonstraram que a relação entre altitude e diversidade de espécies é real, apesar de

16 PRECIPITAÇÃO Acredita-se que a precipitação tenham um importante papel na diversidade terrestre. Entretanto essa relação não é simples, e parece que a sazonalidade na precipitação pode ser tão importante quanto ao total absoluto. Assim como com a altitude, a relação entre precipitação e diversidade é mais aparente no extremo, sabe-se que ambientes altamente áridos são menos diversos do que aqueles menos áridos. Entretanto, essa correlação não pode ser aplicada a todas as regiões, e há fortes indicações que o comprimento e a severidade da estação seca são mais importantes que a precipitação anual total.

17 NUTRIENTES Apesar dos poucos estudos sobre a tendência global em diversidade e nutrientes do solo, a relação entre riqueza de comunidade de plantas e níveis de nutrientes no solo tropical tem sido assunto de considerável interesse. Estudos no Sudeste da Ásia indicam que diversidade pode ser alta em níveis intermediários de nutrientes. Enquanto que na região Neotropical a diversidade parece aumentar com o aumento dos níveis de nutrientes. Entretanto, esse fator não parece ter uma importância tão grande quanto a latitude, altitude e precipitação (World Conservation Monitoring Centre, 1992).

18 HETEROGENEIDADE ESPACIAL A heterogeneidade espacial sozinha pode não ser responsável pela diferença de diversidade de espécies em regiões tropicais e temperadas, porém sem dúvida ela tem uma importante contribuição. Quanto maior o número de espécies de plantas maior será o número de espécies herbívoras e, conseqüentemente, mais carnívoros. A riqueza de plantas aumenta o número de herbívoros: 1) aumentando o número de herbívoros monófagos e 2) criando uma arquitetura mais diversa e complexa, com mais nichos. Essa teoria é sustentada pelo trabalho clássico de MacArthur & MacArthur (1961): a diversidade de espécies de aves é positivamente correlacionada com a complexidade estrutural da vegetação.

19 COMPETIÇÃO E NICHO Dobzhansky (1950) argumenta uma diversidade de espécies maior nos trópicos do que em regiões temperadas devido à intensidade de competição entre as espécies. Em áreas de clima temperado tem-se uma predominância de espécies r estrategistas devido às condições físicas mais extremas, enquanto que nos trópicos predomina espécies k estrategistas devido à condições mais estáveis. Nesse segundo caso as espécies competiriam mais intensamente e assim, interagem mais. Essa intensa competição estreitaria a amplitude dos nichos disponíveis, permitindo que mais espécies se sobreponham na utilização dos recursos.

20 PREDAÇÃO Experimentos têm demonstrado que predadores podem aumentar a diversidade de presas prevenindo que que poucas espécies se tornem dominantes ou excluam as outras. Paine (1966) conduziu um experimento na costa de Washington, o qual quando ele removeu as estrelas-do-mar Pisaster (predador de topo) dessas áreas, a sua presa principal, o mexilhão (Mutilus), se espalhou rapidamente, expulsando outros organismos para fora das áreas experimentais e reduzindo a diversidade e a complexidade das teias alimentares locais, particularmente a diversidade de herbívoros. Já com a remoção de outra espécie desse mesmo sistema não tem um efeito tão drástico quanto na remoção das estrelas-do-mar.

21 A diversidade de árvores nas florestas tropicais como resultado da predação de sementes é uma proposta amplamente discutida. A hipótese é que espécies especializadas que se alimentam de sementes concentram-se ao redor da sua árvore hospedeira e ingerem todas as sementes que caem na proximidade. Assim, as sementes que caem mais distantes da árvore tem uma probabilidade maior de sobreviver e árvores maduras de espécies em particular são amplamente espaçadas. Uma evidência que suporta essa hipótese é o índice de ataque de besouros nas sementes de palmeiras de florestas úmidas e a alta sobrevivência de mudas numa distância

22 TAMANHO DO HABITAT Quanto maior a área, maior será o número de espécies existentes. Áreas maiores sustentam populações maiores, que por sua vez resultam em menos extinções, e portanto, áreas maiores suportariam mais espécies. Entretanto essa teoria possuem diversas falhas e é incapaz de explicar, por exemplo, a razão da tundra ser o maior bioma terrestre e ainda assim possuir um baixo número de espécies. Um outro fato é que apesar do oceano profundo possuir o maior volume do que qualquer hábitat, ele possui bem menos espécies do que as águas superficiais dos trópicos (Rohde, 1998 apud Stiling, 2002).

23 TEMPO Em 1876, Wallace atribuiu uma maior diversidade nos trópicos à persistência de um clima tropical aí. No caso dos pólos, a diversidade foi periodicamente "atrasada" por períodos de extinções causadas por mudanças severas no clima associadas à glaciação. Em suma, os trópicos simplesmente tiveram mais tempo para acumular espécies. Fischer (1960) diz que as espécies que poderiam viver em regiões temperadas não migraram de volta das áreas sem glaciação para onde elas foram levadas durante as eras do gelo (teoria ecológica), ou então, as espécies resistentes ainda não desenvolveram novas formas de ocupar nichos vagos (teoria evolucionária).

24 Evidência para a teoria evolucionária foi dada por Sanders (1968), do qual o autor comparou a diversidade de invertebrados bentônicos em dois lagos do hemisfério norte de mesma latitude, porém um sofreu o evento da glaciação e outro não. O Lago Baikal, na ex-união Soviética, que não sofreu com a glaciação contém uma fauna diversa, com 580 espécies de invertebrados bentônicos. Já no Lago Great Slave, no Canadá e passou pela glaciação possui apenas 4 espécies.

25 ESCALAS DE DIVERSIDADE (Whittaker, 1972) DIVERSIDADE ALFA (α) - diversidade local, correspondente ao número de espécies numa pequena área de habitat homogêneo. DIVERSIDADE GAMA (γ) - diversidade regional, relacionada ao número total de espécies observado em todos os habitats dentro de uma área geográfica, que não inclui fronteiras significativas para a dispersão de organismos. DIVERSIDADE BETA (β) - diversidade entre hábitat, que se revela pela heterogeneidade da estrutura da comunidade. A diversidade beta é calculada pelo número de habitats dentro de uma região dividido pelo número de habitats ocupados por espécies.

26 Esta divisão da diversidade é importante para a compreensão da contribuição dos processos de larga escala na diversidade local, pois isto explica a conexão entre as riquezas de espécies local e regional. O autor relacionou a diversidade total segundo a expressão a seguir: diversidade regional (gama)= diversidade local (alfa) X diversidade beta Ilha de St. Lucia nas West Indies Diversidade local=15,2 espécies Diversidade beta 9 habitats/4,15 habitats ocupados = 2,17 Diversidade regional (nº de aves observada em todos os habitats) 15,2 espécies x 2,17 = aproximadamente 33 espécies

27 Diversidade local e entre hábitat. Alta diversidade dos trópicos pode ser resultado de (a) mais espécies ocorrendo em cada hábitat; (b) mais habitat, cada um contendo o mesmo número de espécies; ou (c) uma combinação de ambos. (Retirado de Deshmukh, 1986) (a) Alta diversidade local TROPICAL TEMPERADO Número médio de sp. por hábitat Número de hábitats diferentes Número total de espécies (b) Alta diversidade entre hábitat Número médio de sp. por hábitat Número de hábitats diferentes Número total de espécies (c) Combinação entre os 2 tipos de diversidade Número médio de sp. por hábitat Número de hábitats diferentes Número total de espécies

28 ÍNDICES DE DIVERSIDADE Um dos problemas quando se quer comparar a diversidade de espécies de áreas ou habitats diferentes é o fato de que cada espécie possui um papel funcional diferente numa comunidade, e portanto, a sua proporção varia em relação à abundância total. Assim, nem sempre o número de espécies em uma comunidade (riqueza de espécies) nem sempre é adequado para descrever diversidade e, portanto, as espécies não devem contribuir de maneira igual na estimativa de diversidade total. A Diversidade é maior onde a equivalência é maior, ou seja, onde populações são similares uma as outras em abundância do que quando algumas são muito comuns e outras muito

29 Comparação de duas comunidades hipotéticas cada uma com 5 espécies e 1000 indivíduos. Na comunidade I, a espécie A é abundante e todas as outras espécies raras (baixa equivalência), enquanto na comunidade II, todas as espécies são igualmente abundantes (máximo de equivalência). A comunidade II tem uma diversidade maior. * Número de indivíduos. (Retirado de Desmukh, 1986) ESPÉCIES COMUNIDADE I II A 996* 200 B C D E Total

30 Equidistribuição (E) -avalia a repartição numérica das espécies na comunidade observada -relação entre a diversidade observada (H ) e a diversidade máxima (H max) -valor compreendido entre zero e um -valor é máximo (1) quando todas as espécies são igualmente abundantes -valor aproxima-se de zero quanto menos equilibrada for a distribuição das espécies

31 Assim, os índices de diversidade procuram lidar com esse problema fazendo com que cada espécie contribua conforme a sua abundância relativa (proporção do número total de indivíduos numa comunidade que pertence àquela espécie). Entre os índices mais utilizados pode-se citar o Índice de Simpson e o Índice de Shannon-Wiener. Ambos são calculados a partir das proporções de cada espécie (p i ) na amostra total de indivíduos. D = 1/Σp 2 i H = -Σp i log e p i D = índice de Simpson H = índice de Shannon-Wiener

32 Índice Pontual de Abundância (IPA) - proporção de uma espécie na comunidade - varia com o padrão de atividade da espécie - valor relativo, comparável somente entre medidas da mesma espécie (locais diferentes ou datas diferentes)

33 VALOR DA BIODIVERSIDADE?

34 Valor Econômico do Recurso Ambiental Avaliação Ambiental Valoração Econômica Valor de Uso Direto Apropriação direta de recursos ambientais, via extração, visitação ou outra atividade de produção ou consumo direto. Valor de Uso Valor de Uso Indireto Benefícios indiretos gerados pelas funções ecossistêmicas. Valor de Opção Intenção de consumo direto ou indireto do bem ambiental no futuro. Valor de Não Uso Valor de Existência Valores não associados ao consumo e que referem-se a questões morais, culturais, éticas ou altruística em relação à existência dos bens ambientais.

35 VALOR ECONÔMICO DIRETO VALOR DE CONSUMO - extrativismo - consumo direto da natureza: madeira, caça VALOR PRODUTIVO - comércio - Madeira, resinas, plantas medicinais, fibras etc

36 VALOR NÃO CONSUMISTA Produtividade dos ecossistemas Proteção da água e recursos do solo Controle climático Relacionamento entre espécies Recreação e ecoturismo Valor educacional e científico Indicadores ambientais

37 VALOR DE OPÇÃO Potencial de uma espécie para fornecer um benefício econômico par a sociedade humana em um determinado momento no futuro Ex: biotecnologia, medicina, indústria

38 VALOR DE EXISTÊNCIA Preocupação com a vida selvagem Preocupação com a conservação Preocupações associadas ao desejo de conhecer locais e ver espécies animais e vegetais.

39 BIODIVERSIDADE: CONSIDERAÇÕES ÉTICAS Toda espécie tem o direito de existir Todas as espécie são interdependentes Os humanos devem viver dentro das mesmas limitações em que vivem outras espécies A sociedade tem a responsabilidade de proteger a Terra O respeito à vida e à diversidade humana é compatível com o respeito pela diversidade biológica A natureza tem um valor estético e espiritual que transcende seu valor econômico A diversidade biológica é necessária para determinar a origem da vida