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2.2 Medindo a diversidade de espécies - Biologia

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Como medimos a diversidade de espécies dentro de um habitat? Como comparamos a diversidade em diferentes tipos de habitats contendo números e tipos de organismos muito diferentes? Existem muitos modelos matemáticos que foram desenvolvidos para quantificar a diversidade de espécies em diferentes habitats. Embora esses modelos difiram no método exato de estimativa de diversidade, todos eles incluem dois componentes importantes: riqueza de espécies e uniformidade de espécies.

Riqueza de espécies é uma medida do número de diferentes tipos de espécies em um ecossistema. Um grande número de espécies diferentes em um habitat representa uma maior riqueza de espécies e um ecossistema mais diversificado em geral. Equilíbrio das espécies é uma medida da abundância relativa de cada espécie. Espécies representadas de maneira mais uniforme (evidenciado por tamanhos populacionais semelhantes) ilustram uma maior uniformidade de espécies e um ecossistema geral mais diverso.

Matematicamente, podemos destilar a riqueza e a uniformidade das espécies de um habitat em uma única medida da diversidade geral usando a seguinte equação

[D = (p_1 ^ {- p1}) (p_2 ^ {- p2}) (p_3 ^ {- p3})… (p_n ^ {- n}) ]

Onde D é uma medida da diversidade total do ecossistema, e pn é a proporção das espécies n. Você vai praticar o cálculo D valores e comparando a diversidade para diferentes ecossistemas no Laboratório 1: Descobrindo a diversidade.

Exercício ( PageIndex {1} )

Para o exercício a seguir, considere as quatro comunidades de insetos mostradas abaixo.

Comunidades fictícias de insetos em quatro habitats diferentes. Figura criada por L Gerhart-Barley com biorender.com

Para determinar o valor da diversidade para um determinado habitat, devemos primeiro calcular o número e a proporção de espécies no habitat e, em seguida, inserir esses números na equação fornecida acima.

Habitat A: O habitat A tem duas espécies, insetos azuis e insetos vermelhos. Existem 10 insetos no total neste habitat, 1 dos quais é azul e 9 dos quais são vermelhos. Consequentemente, a proporção de insetos azuis é 1/10 ou 0,1 e a proporção de insetos vermelhos é 9/10 ou 0,9. O valor D para o Habitat A é então

D = (0,1-0,1) (0,9-0,9) = 1,384

Calcule os valores de diversidade para cada um dos outros habitats para determinar qual habitat tem a maior diversidade.

Responder

Habitat B: D = (0,1-0,1) (0.1-0.1) (0.1-0.1) (0.3-0.3) (0.4-0.4) = 4.13

Habitat C: D = (0,5-0.5) (0.5-0.5) = 2

Habitat D: D = (0,2-0.2) (0.2-0.2) (0.2-0.2) (0.2-0.2) (0.2-0.2) = 5

Habitat D tem a maior diversidade

A metodologia acima é fácil de usar com pequenos ecossistemas que contêm um pequeno número de indivíduos e apenas algumas espécies. Ecossistemas reais, entretanto, são muito grandes e podem conter centenas ou milhares de espécies e dezenas de milhares de organismos individuais. Nesses casos, não é possível contar cada indivíduo e determinar a proporção exata de cada espécie em todo o ecossistema. Em vez disso, precisamos de um método para determinar quanta amostragem é necessária para estimar a diversidade de espécies com um grau razoável de precisão. Nesta seção, consideraremos dois desses métodos: curvas espécie-área e curvas de rarefação.


Curvas espécie-área mostram a relação entre a área amostrada em um ecossistema (no eixo x) e o número de espécies encontradas naquela área (no eixo y). A Figura 1 ilustra como uma curva espécie-área é desenvolvida. Na figura, a caixa superior representa o ecossistema em estudo, com letras representando indivíduos de diferentes espécies. Suponha que o pesquisador comece no canto superior esquerdo do habitat e conte o número de indivíduos na caixa quadrada de 1 metro sombreada em vermelho. Existem dois indivíduos, ambos da espécie A, nesta área. À medida que o pesquisador expande a área amostrada (nas áreas laranja, depois amarela, depois verde, etc.), o número de indivíduos contados aumenta, assim como o número de espécies identificadas. Uma tabela de resumo da área total amostrada e número de espécies identificadas é fornecida ao lado do mapa. Neste método de amostragem particular, a área amostrada dobra a cada etapa: a caixa vermelha é de 1 m2, a amostra da caixa laranja traz a área total de 2 m2, a caixa amarela para 4 m2, a caixa verde para 8 m2 e assim por diante. O número de espécies identificadas no habitat segue um padrão ligeiramente diferente. Inicialmente, o número de espécies encontradas aumenta rapidamente, no entanto, poucas espécies novas são encontradas conforme a área aumenta, a ponto de a linha no gráfico começar a diminuir após cerca de 16 m2. A curva espécie-área resultante sugere que o pesquisador provavelmente já encontrou todas (ou pelo menos a grande maioria das) espécies presentes neste ecossistema e que a amostragem adicional não descobriria mais espécies.

Figura ( PageIndex {1} ): Esquerda: Mapa de um ecossistema fictício a ser amostrado com letras denotando indivíduos de diferentes espécies; No meio: uma tabela de resumo da área amostrada e número de espécies encontradas; À direita: uma curva espécie-área desenvolvida a partir da tabela de resumo. As caixas coloridas no ecossistema correspondem às barras coloridas no gráfico. Figura de L Gerhart-Barley

Um método semelhante para estimar a diversidade do ecossistema é um curva de rarefação, que é semelhante a uma curva espécie-área, mas se concentra no número de indivíduos amostrados em oposição à área. A Figura 2.2.3 ilustra como uma curva de rarefação é desenvolvida. Suponha que outro pesquisador faça uma amostra da mesma área mostrada na Figura 2 e também comece no canto superior esquerdo, seguindo o caminho de amostragem representado pelas setas cinza. O pesquisador percorre o ecossistema observando cada organismo individual e se ele representa ou não uma espécie já encontrada no ecossistema. Uma tabela de resumo do número de indivíduos e espécies contados é fornecida ao lado do mapa. O número de indivíduos contados progride rapidamente, enquanto o número de espécies identificadas diminui após cerca de 45 indivíduos amostrados. A curva de rarefação resultante sugere que o pesquisador provavelmente já encontrou todas (ou pelo menos a grande maioria das) espécies presentes neste ecossistema e que a amostragem adicional não descobriria mais espécies.

Figura ( PageIndex {2} ): Esquerda: Mapa de um ecossistema fictício a ser amostrado com letras denotando indivíduos de diferentes espécies; Meio: Uma tabela de resumo do número de indivíduos amostrados e número de espécies encontradas; À direita: uma curva de rarefação desenvolvida a partir da tabela de resumo. Figura de L Gerhart-Barley

A curva espécie-área e as curvas de rarefação parecem bastante semelhantes, e de fato deveriam, uma vez que a principal diferença nas duas metodologias é como definimos o 'esforço' de amostragem no eixo x - através da área pesquisada (curva espécie-área) ou através do número de indivíduos contados (curva de rarefação). Em ambos os casos, o pesquisador amostrou toda a área mostrada no mapa, o que deve resultar em uma estimativa semelhante da diversidade de espécies para o ecossistema. O método de amostragem usado depende das características do ecossistema e das espécies a serem amostradas. Você praticará a amostragem da diversidade de um ecossistema e o desenvolvimento de uma curva de rarefação de seus dados no Laboratório 1: Descobrindo a Diversidade.

Biodiversidade da Terra

Quantas espécies existem na Terra? Esta é uma pergunta que os cientistas têm tentado responder há séculos, começando com os primeiros passos de Carl Linnaeus para nomear e classificar os organismos em Systema Naturae em 1735. O próprio Linneaus descreveu mais de 12.000 espécies e, nos quase 300 anos desde então, os cientistas descreveram e estudaram formalmente mais de um milhão de espécies. Os cientistas já descobriram todas, ou a maioria, as espécies que vivem na Terra? Se não, quantos mais ainda precisam ser descobertos? Essas perguntas são inerentemente difíceis de responder porque exigem que estimemos o quanto nós não conhecer; quantas espécies os cientistas têm não descoberto. Essa dificuldade é agravada pelo fato de que certas regiões da Terra e certo grupo de organismos foram estudados muito mais intensamente do que outros e, portanto, sabemos que a diversidade de organismos que está documentada atualmente é um tanto tendenciosa.

Muitos estudos tentaram estimar a biodiversidade total da Terra e, com metodologias variadas, produziram estimativas de 2 milhões a mais de 100 milhões de espécies. Recentemente, o Dr. Camilo Mora (na Universidade do Havaí, Mānoa) e seus colegas revisaram as várias estimativas e testaram uma nova metodologia para reduzir esse grande intervalo a uma estimativa plausível. No estudo, Mora usou uma estratégia semelhante para as curvas espécie-área e rarefação descritas acima; no entanto, a estimativa de "esforço" no eixo x não foi a área ou o número de indivíduos amostrados, mas o tempo. Os cientistas foram descritos aproximadamente 1,2 milhão de espécies desde meados de 1700; o número de novas espécies descritas a cada ano começou a se estabilizar? Nesse caso, isso pode indicar que a maioria das espécies foi descoberta. Do contrário, talvez possamos usar a tendência em novas espécies descobertas ao longo do tempo para prever onde o gráfico pode começar a se estabilizar. A equipe de Mora também considerou níveis taxonômicos mais elevados; podemos estar relativamente certos de que os cientistas ainda não descobriram todas as espécies na Terra, mas será que os cientistas já descreveram todos os gêneros, famílias, ordens, classes ou filos? Os resultados da análise de Mora são mostrados na Fig 3. Usando o padrão de descoberta de novos organismos em diferentes níveis taxonômicos (Fig 3A-F) e a relação entre a diversidade máxima de cada nível (Fig 3G), a equipe de Mora chegou a um resultado geral estimativa de 8,7 milhões de espécies na Terra. Uma vez que os cientistas descreveram atualmente cerca de 1,2 milhão de espécies, esta estimativa indica que aproximadamente 86% das espécies na Terra ainda não foram descobertas. Em nossa taxa atual de descobertas, a equipe de Mora estimou que os cientistas levarão mais 1.200 anos para identificar todas as espécies na Terra.

Figura ( PageIndex {3} ): Descoberta de novos táxons animais ao longo do tempo. As linhas cinzas representam o acúmulo de grupos descobertos e as faixas coloridas são concordância multimodal; linhas cinzas horizontais são a assíntota de consenso dos modelos. O painel G mostra a relação entre a assíntota de consenso para cada nível taxonômico. Figura de Mora et al 2011.


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