Diversidade biológica : problemas, soluções e novas propostas

Abstract

A principal forma de se caracterizar a diversidade biológica é através da sua operacionalização por métricas de diversidade. Apesar da grande quantidade de métricas presentes na literatura, estas nos trazem apenas uma visão restrita das dimensões individuais da biodiversidade. Uma visão integrada, que relacione estas diferentes dimensões através de um mesmo arcabouço analítico ainda constitui uma lacuna na descrição da biodiversidade. Desta forma, surge a necessidade da integração destas métricas, de modo que possamos aproximar a forma como operacionalizamos (as partes) da maneira como a definimos biodiversidade (o todo). Portanto, nesta tese apresento, primeiramente, os problemas relacionados à caracterização da diversidade biológica, questionando se as métricas de diversidade estão sendo combinadas de maneira a otimizar a informação obtida da biodiversidade (Capítulo 1), de modo a considerar suas diferentes dimensões. Para tanto, realizamos uma revisão sistemática das métricas de diversidade utilizadas para caracterização de comunidades biológicas nos últimos 15 anos. Caracterizamos o padrão de utilização conjunta de métricas de diversidade e revelamos a predominância de um padrão redundante de utilização de métricas para a descrição da biodiversidade. Este problema, em conjunto com a identificação de falhas metodológicas nos métodos que visam a integração das métricas de diversidade, nos conduziu ao Capítulo 2. Nele desenvolvemos uma abordagem integrada para a avaliação da biodiversidade através de métricas de diversidade, que considera a complementariedade e a quantidade de variação que as métricas capturam da biodiversidade. Este arcabouço integrado está baseado na quantificação do conceito de dimensionalidade – a quantidade de dimensões necessárias para descrever efetivamente a biodiversidade através de métricas e quanto estas métricas são informativas. Desenvolvemos este arcabouço analítico através da união de dois métodos para quantificação da dimensionalidade 8 (Evenness of Eigenvalues e Importance Values) e mostramos que, quando utilizados em conjunto, a dimensionalidade pode ser descrita de maneira mais efetiva que por métodos propostos anteriormente. Por fim, apresentamos uma nova família de métricas para quantificação da diversidade beta que captura os componentes taxonômico, funcional e filogenético na variação da biodiversidade (Capítulo 3). Essas métricas foram obtidas a partir da extensão de um método existente restrito a quantificação de diversidade beta taxonômica. Além de mostrar a efetividade dessas novas métricas na representação de padrões, mostramos como podem descrever padrões na variação da diversidade gerados por processos ecológicos e evolutivos, bem como apontamos caminhos futuros sobre como podem integrar os diferentes componentes da variação da diversidade beta (Conclusões e direções futuras). De forma geral, este trabalho avança no campo da caracterização da diversidade biológica por apontar um problema recorrente nos estudos de biodiversidade e propor um arcabouço integrado baseado na quantificação da dimensionalidade da biodiversidade como solução para este e outros problemas envolvendo a integração de métricas de diversidade, possibilitando assim a mensuração de novos padrões de diversidade beta usando as novas medidas propostas.

Diversity metrics consists in the main tool used for biodiversity quantification. Despite the great number of diversity metrics present in ecological literature, they bring only a limited picture based on individual dimensions of biodiversity. An integrated proposition that relates the different dimensions of biological diversity still lacks in the biodiversity investigation. It is time to seek for this integrated solution capable to approximate the way in which we operationalize biological diversity to the manner in which we define its concept. Therefore, in this work we present, firstly, the main problems related to biodiversity assessment, asking how diversity metrics are being used to describe biological diversity (Chapter 1). We offer a systematic review of diversity metrics used to characterize biological communities in the last 15 years. With this data we characterize the pattern of co-utilization of diversity metrics and revealed that the prevalent pattern is the joint use of redundant metrics to describe biodiversity. This problem, jointly with the identification of methodological issues in the available frameworks that propose an integration of diversity metrics, lead to the Chapter 2 of this work, in which we developed an integrated approach to relate diversity metrics considering both correlation and variation component of a concept know as dimensionality - the number of dimensions needed to effectively describe biodiversity through diversity metrics. We obtain this analytical framework by merging two different approaches used to quantify the dimensionality (Evenness of Eigenvalues and Importance Values), showing that, when used together, the dimensionality can be effectively describe, filling the gap presented in the previous methods. Finally, we presented a new family of beta diversity metrics that captures (Chapter 3) taxonomic, functional and phylogenetic dimensions of diversity. These metrics are obtained through a simple extension of an existing framework to taxonomic beta diversity. Besides to show the effectiveness of these metrics to reveal 10 patterns of variation of functional, phylogenetic and taxonomic diversity we pointed for potential uses of these metrics to seek for an integrated framework for beta diversity (Conclusions and future directions). Our work moves forward in the field of diversity assessment by revealing a recurrent problem in biological characterization through diversity metrics, offering a solution for this problem, and more broadly, an unifying tool for dimensionality assessment. Besides we offer new possibilities for quantification of beta diversity considering its multiple dimensions.