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7: Diversidade alfa, beta e gama - Biologia

7: Diversidade alfa, beta e gama - Biologia



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Whittaker (1972) descreveu três termos para medir a biodiversidade em escalas espaciais: diversidade alfa, beta e gama. Diversidade alfa refere-se à diversidade dentro de uma área ou ecossistema particular e é geralmente expressa pelo número de espécies (ou seja, riqueza de espécies) nesse ecossistema. Podemos fazer um transecto em cada um desses três ecossistemas e contar o número de espécies que vemos; isso nos dá a diversidade alfa para cada ecossistema; consulte a Tabela (este exemplo é baseado no exemplo hipotético dado por Meffe et al., 2002; Tabela 6.1).

Se examinarmos a mudança na diversidade de espécies entre esses ecossistemas, estaremos medindo a diversidade beta. Estamos contando o número total de espécies que são exclusivas de cada um dos ecossistemas que estão sendo comparados. Por exemplo, a diversidade beta entre a floresta e os habitats da sebe é 7 (representando as 5 espécies encontradas na floresta, mas não a sebe, mais as 2 espécies encontradas na sebe, mas não na floresta). Assim, a diversidade beta nos permite comparar a diversidade entre os ecossistemas.

A diversidade gama é uma medida da diversidade geral dos diferentes ecossistemas de uma região. Hunter (2002: 448) define diversidade gama como "diversidade de espécies em escala geográfica". No exemplo da Tabela, o número total de espécies para os três ecossistemas 14, que representam a diversidade gama.

Espécie hipotéticaHabitat da florestaHabitat sebesHabitat de campo aberto
UMAX
BX
CX
DX
EX
FXX
GXX
HXX
euXX
JXX
KX
euXX
MX
NX
Diversidade alfa1073
Diversidade betaFloresta vs. sebe: 7Hedgerow vs. campo aberto: 8Floresta vs. campo aberto: 13
Diversidade gama14

Tabela ( PageIndex {1} ) Diversidade alfa, beta e gama para espécies hipotéticas de pássaros em três ecossistemas diferentes

Glossário

Ecossistema
uma comunidade mais o ambiente físico que ocupa em um determinado momento

Diversidade alfa

a diversidade dentro de uma determinada área ou ecossistema; geralmente expresso pelo número de espécies (ou seja, riqueza de espécies) nesse ecossistema
Diversidade beta
uma comparação da diversidade entre ecossistemas, geralmente medida como a quantidade de espécies mudam entre os ecossistemas
Diversidade gama
uma medida da diversidade geral dentro de uma grande região. Diversidade de espécies em escala geográfica de acordo com Hunter (2002: 448)

O que são diversidade alfa, beta e gama?

Diversidade alfa refere-se à diversidade média de espécies em um habitat ou área específica. A diversidade alfa é uma medida local.

Diversidade beta refere-se à razão entre a diversidade local ou alfa e a diversidade regional. Esta é a diversidade de espécies entre dois habitats ou regiões. É calculado pela seguinte equação:

(número de espécies no habitat 1- número de espécies de habitat 2 e amp1 têm em comum) + (número de sp em H2- número de sp H1 e amp2 têm em comum)

Diversidade gama é a diversidade total de uma paisagem e é uma combinação da diversidade alfa e beta.

Na imagem abaixo, suponha que as diferentes cores representam diferentes espécies de peixes. o diversidade alfa do Site A é 3 porque existem três espécies diferentes no Site A. O diversidade beta dos locais A e B é 2 porque há duas espécies (a vermelha no local B e a azul-petróleo no local A) que são distintas uma da outra. o diversidade gama para todo o ecossistema é 5 porque existem cinco espécies diferentes de peixes (preto, laranja, verde, vermelho e roxo com listras pretas).


O que são partículas alfa

Uma partícula alfa é uma espécie química idêntica ao núcleo de Hélio e recebe o símbolo α. As partículas alfa são compostas por dois prótons e dois nêutrons. Essas partículas alfa podem ser liberadas do núcleo de um átomo radioativo. Partículas alfa são emitidas no processo de decaimento alfa.

A emissão de partículas alfa ocorre em átomos “ricos em prótons”. Após a emissão de uma partícula alfa do núcleo de um átomo de um determinado elemento, esse núcleo é alterado e se torna um elemento químico diferente. Isso ocorre porque dois prótons são removidos do núcleo na emissão alfa, resultando em um número atômico reduzido. (O número atômico é a chave para identificar um elemento químico. Uma mudança no número atômico indica a conversão de um elemento em outro).

Figura 1: Decadência Alfa

Como não há elétrons na partícula alfa, a partícula alfa é uma partícula carregada. Os dois prótons fornecem carga elétrica +2 para a partícula alfa. A massa da partícula alfa é de cerca de 4 amu. Portanto, as partículas alfa são as maiores partículas emitidas por um núcleo.

No entanto, o poder de penetração das partículas alfa é consideravelmente baixo. Mesmo um papel fino pode impedir partículas alfa ou radiação alfa. Mas o poder ionizante das partículas alfa é muito alto. Como as partículas alfa são carregadas positivamente, elas podem facilmente tirar elétrons de outros átomos. Essa remoção de elétrons de outros átomos faz com que esses átomos fiquem ionizados. Como essas partículas alfa são partículas carregadas, elas são facilmente atraídas por campos elétricos e campos magnéticos.


Variação em espécies e habitats em ecologia e sua medição

Grande variação é observada no mundo natural e nossa terra possui uma imensa variedade de habitats e ecossistemas. Esses habitats e ecossistemas abrigam um vasto grupo de organismos vivos na forma de inúmeras espécies.

Toda essa variação em espécies e habitats é chamada de biodiversidade. A biodiversidade está relacionada ao número e à abundância relativa de espécies em uma comunidade.

Uma comunidade biológica possui um atributo denominado diversidade de espécies (Krebs, 1989). O conceito de diversidade de espécies na ecologia de comunidades tem sido intensamente debatido por ecologistas ao longo dos anos. Na verdade, Hurlbert (1971) chegou ao ponto de sugerir que a diversidade provavelmente era mais bem descrita como um & # 8220mono-conceito & # 8221 por causa dos muitos problemas semânticos, conceituais e técnicos associados ao seu uso.

Apesar dos debates e numerosos comentários de advertência apresentados por muitos em relação ao seu uso, a diversidade de espécies biológicas permaneceu muito popular entre os ecologistas. A medida mais óbvia da diversidade de espécies é o número de espécies de alguns grupos taxonômicos em uma área. O número de espécies não é a única forma de olhar a diversidade, entretanto, a abundância de cada espécie também pode ser levada em consideração.

A importância de considerar a abundância relativa, bem como o número de espécies, pode ser ilustrada por duas & # 8220comunidades & # 8221 hipotéticas, ambas contendo 10 mesmas espécies e 100 indivíduos. Embora ambas as comunidades consistam em 10 mesmas espécies, a abundância relativa pode ser diferente. Suponha que, na comunidade um, 90% dos indivíduos pertençam a uma única espécie e os 10% restantes estejam distribuídos entre as outras nove espécies.

Por outro lado, na comunidade dois, dez espécies representaram, cada uma, 10% do número total de indivíduos. No primeiro caso, a uniformidade da distribuição das espécies é considerada baixa, ao passo que é máxima no segundo caso. Espera-se que uma distribuição seja encontrada ajustando os dados de muitos tipos diferentes de comunidades e permitindo a comparação de diferentes comunidades através dos parâmetros que determinam as duas distribuições. Algumas dessas distribuições foram propostas como ajustes puramente empíricos aos dados.

Outros, no entanto, foram derivados de hipóteses sobre como a abundância das espécies na comunidade deveria se relacionar entre si. Esperava-se que, ao especificar um conjunto de condições e derivar a distribuição resultante dessas hipóteses, conclusões específicas sobre as interações e relações entre as espécies e seu ambiente pudessem ser testadas.

Essa abordagem não foi muito frutífera, porque a mesma distribuição pode frequentemente ser derivada de conjuntos contrastantes de premissas iniciais. Além disso, duas distribuições derivadas de postulados conflitantes podem às vezes se ajustar adequadamente a um conjunto de dados observado. A situação é análoga ao problema de ajustar distribuições matemáticas ao padrão de dispersão espacial observado de uma espécie.

Portanto, mesmo que a distribuição hipotética não se ajuste aos dados de relação de abundância das espécies observadas, o ajuste não prova nem refuta os postulados do modelo. No entanto, em termos de valor puramente subjetivo, o uso desses modelos pode ajudar a resumir uma relação de abundância de espécies observada e a criar hipóteses heurísticas sobre as interações entre as espécies em uma comunidade.

Devido à impossibilidade de determinar o número de todas as espécies em uma área, os estudos de diversidade de espécies são invariavelmente realizados na coleta de grupos taxonômicos particulares, como os artrópodes do solo em 1 metro quadrado de solo ou os plânctons em 1 metro cúbico de água. -corpo. Uma comunidade é necessariamente limitada arbitrariamente tanto pela área quanto pela taxonomia. Comumidade também é um fator relativo.

Uma população de cervos de cinco indivíduos por acre é comum, mas uma espécie bacteriana com 100.000 indivíduos por acre é bastante rara. O efeito da comunhão relativa pode distorcer seriamente as medidas da diversidade de espécies se grupos taxonômicos díspares forem ambos incluídos no grupo de espécies considerado como sendo a comunidade. Por exemplo, é difícil fazer comparações significativas entre cervos e bactérias apenas com base em suas abundâncias. Neste artigo, apenas a medição da diversidade de espécies é discutida.

No entanto, o leitor interessado pode consultar as seguintes referências para relações espécie-área e relações espécie-abundância. As relações espécie-área podem ser medidas seguindo o método de Preston (Preston, 1962) e a relação espécie-abundância pode ser avaliada por meio da distribuição geométrica (hipótese de preempção de nicho), distribuição quebrada e distribuição lognormal (Whittaker, maio de 1972, 1981 Giller, 1984, ver também Poole, 1974 e Ludwig e Reynolds, 1984).

A diversidade de espécies pode ser considerada composta de dois componentes. O primeiro é o número de espécies na comunidade, que os ecologistas costumam chamar de riqueza de espécies. O segundo componente é a uniformidade ou equitabilidade das espécies. Uniformidade se refere a como as abundâncias das espécies são distribuídas entre as espécies.

Ao longo dos anos, vários índices foram propostos para caracterizar a riqueza e a equidade de espécies. Esses índices são denominados índices de riqueza e índices de uniformidade. Os índices que tentam combinar riqueza e uniformidade em um único valor são chamados de índices de diversidade (heterogeneidade). Nas seções a seguir, diferentes tipos de índices e os procedimentos para computá-los são descritos.

Riqueza de Espécies:

Algumas comunidades são simples o suficiente para permitir uma contagem completa do número de espécies presentes, e este é o conceito mais antigo e mais simples de diversidade de espécies & # 8211 o número de espécies na comunidade. Margalef (1958) cunhou o nome de riqueza de espécies para descrever esse conceito. Muitas vezes, as contagens completas podem ser feitas em algumas comunidades, como em comunidades de pássaros em pequenos habitats. Mas muitas vezes é impossível enumerar todas as espécies na maioria das comunidades. Quanto maior a amostra, maior o número esperado de espécies. Os procedimentos a seguir foram usados ​​para medir diferentes índices de riqueza de espécies.

Esta estimativa é baseada na frequência observada de espécies únicas na comunidade e é obtida da seguinte forma (Helteshe e Forrester, 1983). Uma espécie única é definida como uma espécie que ocorre em um e apenas um quadrat. Espécies únicas são espécies espacialmente raras e não são necessariamente raras numericamente, uma vez que podem ser altamente agregadas. De Heltshe e Forrester (1983),

A estimativa Jackknife do número de espécies é a seguinte:

onde (S) = estimativa Jackknife da riqueza de espécies

s = número total observado de espécies presentes em n quadrantes

n = número total de quadrados amostrados

k = número de espécies únicas

A variação desta estimativa Jackknife da riqueza de espécies é dada abaixo:

Onde var (S) = Variância da estimativa Jackknife da riqueza de espécies

Fj = número de quadrantes contendo j espécies únicas (j = 1, 2, 3, & # 8230 & # 8230, s)

k = número de espécies únicas

n = número total de quadrados amostrados

Esta variação pode ser usada para obter limites de confiança para o estimador Jackknife da seguinte forma:

Este índice tende a superestimar o número de espécies em uma comunidade (Heltshe e Forrester, 1983). Este enviesamento é geralmente menor do que o enviesamento negativo do número observado de espécies (5), que, via de regra, é sempre menor do que o verdadeiro valor da riqueza de espécies na comunidade. O estimador Jackknife da riqueza de espécies é o dobro do número de espécies observado. Portanto, esta abordagem não pode ser usada para comunidades com números excepcionalmente grandes de espécies únicas ou comunidades que foram amostradas muito pouco (de modo que S é baixo).

Procedimento de bootstrap:

Este é um método alternativo para estimar a riqueza de espécies a partir de amostras quadrat (Smith e van Belle, 1984). Este método está relacionado ao Jackknife, mas requer simulação em um computador para obter estimativas.

A essência do procedimento de bootstrap é a seguinte:

1. Desenhe uma amostra aleatória de tamanho n dos quadrantes q dentro do computador, usando amostragem com substituição, este é o & # 8220bootstrap sample & # 8221.

2. Calcule a estimativa da riqueza de espécies a partir da equação (Smith e van Belle, 1984) abaixo:

Onde B (S) = estimativa bootstrap de espécies de riqueza

5 = número observado de espécies nos dados originais

Peu = proporção dos n quadrantes bootstrap que têm espécies que eu apresento

3. Repita as etapas 1 e 2 N vezes no computador, onde N está entre 50 e 200.

A variação desta estimativa de bootstrap é fornecida abaixo:

onde var [B (S)] Variância da estimativa bootstrap da riqueza de espécies

qeu j = proporção dos n quadrantes bootstrap que têm as espécies ie as espécies j ausentes

De acordo com Smith e van Belle (1984), o índice Jackknife é apropriado quando o número de quadrados é pequeno e, no caso de grandes números de quadrados, o bootstrap é mais útil.

Heterogeneidade ou diversidade de espécies:

Os índices de diversidade ou heterogeneidade incorporam riqueza de espécies e uniformidade em um único valor.

Whittaker (1972) definiu três níveis distintos de diversidade de interesse para ecologistas:

(1) Alfa (α) ou dentro da diversidade de habitat

(2) Beta (β) ou entre a diversidade de habitat (ou seja, mudanças ao longo dos gradientes ambientais) e

(3) Gama (γ) ou diversidade de paisagem em grande escala (um composto de diversidade α e β). Primeiro, a diversidade alfa é tratada em detalhes e, em seguida, a diversidade β e γ.

O Índice Shannon-Wiener (H ’):

Este índice foi provavelmente o índice mais amplamente usado em ecologia de comunidades. É baseado na teoria da informação (Shannon e Wiener, 1949) e é uma medida do grau médio de & # 8220 incerteza & # 8221 em prever a que espécie um indivíduo escolhido aleatoriamente de uma coleção de S espécies e N indivíduos pertencerão.

Essa incerteza média aumenta à medida que o número de espécies aumenta e à medida que a distribuição dos indivíduos entre as espécies se torna uniforme. Assim, H & # 8217 tem duas propriedades que o tornaram uma medida popular de diversidade de espécies: (1) H & # 8217 = 0 se e somente se houver uma espécie na amostra, e (2) H & # 8217 é máximo apenas quando todas as espécies S são representadas pelo mesmo número de indivíduos, ou seja, uma distribuição perfeitamente uniforme de abundâncias.

A equação para a função de Shannon-Wienner, que usa logaritmos naturais (In), é a seguinte:

onde H & # 8217 é a incerteza média por espécie em uma comunidade infinita composta de espécies S com abundâncias proporcionais conhecidas p1, p2, p3, & # 8230 & # 8230 .. ps. S e peu& # 8216s são parâmetros de população e, na prática,

H & # 8217 é estimado a partir de uma amostra como abaixo:

onde neué o número de indivíduos pertencentes à i-ésima espécie de S da amostra en é o número total de indivíduos da amostra. A equação (7) é a mais frequente desse índice usado por ecologistas. No entanto, essa estimativa é tendenciosa porque o número total de espécies na comunidade (S) provavelmente será maior do que o número de espécies observadas nas amostras (S). Felizmente, se n for grande, essa tendência será pequena.

Índice de Brillouin:

Muitas amostras da comunidade seriam tratadas como coleções, e não como uma amostra aleatória de uma grande comunidade biológica (Pielou, 1966). Em qualquer caso em que os dados podem ser assumidos como uma coleção finita e a amostragem é feita sem substituição,

A medida teórica de informação apropriada da diversidade é a fórmula de Brillouin & # 8217s:

onde H = índice Brillouin & # 8217s

N = número total de indivíduos em toda a coleção

n1 = número de indivíduos pertencentes à espécie 1

n2 = número de indivíduos pertencentes à espécie 2 (etc.)

Margalef (1958) foi o primeiro a propor o uso do índice de Brillouin & # 8217s como uma medida de divesidade.

Há muitos argumentos na literatura sobre se o índice de Brillouin ou o índice de Shannon-Wiener é uma medida melhor da diversidade de espécies (Peet, 1974 Washington, 1984). Na prática, esse argumento é irrelevante para ecologistas de campo. Porque H 1 e H 1 são quase idênticos para a maioria das amostras ecológicas (quando N é grande). Legendre e Legendre (1983) também apontam que o índice de Brillouin & # 8217s não pode ser usado quando a biomassa, a cobertura ou a produtividade são usadas como uma medida da importância das espécies em uma comunidade. Apenas o número de indivíduos pode ser usado na equação (8).

Diversidades Beta e Gamma e suas relações com a diversidade Alpha:

A diversidade alfa também é conhecida como diversidade local, é o número de espécies em uma pequena área de habitat mais ou menos uniforme. A diversidade gama ou diversidade regional é o número total de espécies observadas em todos os habitats de uma região. Por região, ecologistas geralmente se referem a uma área geográfica que não inclui barreiras significativas à dispersão para organismos.

Assim, os limites de uma região dependem de quais organismos são considerados. O ponto importante é que, dentro de uma região, as distribuições de espécies devem refletir sua seleção de habitats adequados, em vez de sua incapacidade de se dispersar para uma determinada localidade (Ricklefs e Miller, 1999).

Quando cada espécie é encontrada em todos os habitats de uma região, as diversidades locais (α) e regionais (γ) são iguais. Os ecologistas referem-se à diferença nas espécies de um habitat para o outro como diversidade beta. Quanto maior a diferença, ou turnover, de espécies entre habitats, maior será a diversidade beta.

Um exemplo pode ser citado para discutir a relação entre diversidade alfa, beta e gama. Suponha que haja quatro regiões e cada região contendo quatro habitats. No primeiro caso (a) a diversidade em cada habitat (diversidade alfa) é a mesma de todos os quatro habitats (deixe cada habitat conter espécies A e B, riqueza de espécies de 2 (média = 8/4 = 2).

A diversidade regional (gama) também é 2 (na região existem apenas 2 espécies). A diversidade beta (volume de negócios) é gama / alfa = 2/2 = 1. No segundo caso (b) de quatro habitats, um contém as espécies A e B, próximo C, próximo D e último E. A diversidade alfa é 2 para um habitat (espécies A e B) e 1 para os outros três (espécies C, D e E ocorrem sozinhas em cada habitat, produzindo uma diversidade alfa média (<2 + 1 + 1 + 1> / 4) de 1,25. Gama a diversidade é 5 (no total 5 espécies em todos os quatro habitats), então a diversidade beta é gama / alfa (5 / 1,25) = 4.

No terceiro caso (c), dois habitats contêm espécies A e outros dois com espécies B. A diversidade alfa é (1 + 1 + 1 + 1) / 4 = 1, e na região existem duas espécies e, portanto, a diversidade gama é 2, a diversidade beta é 2/1 = 2. No último caso (d) , cada habitat é ocupado com as mesmas três espécies A, B e C.

Portanto, a diversidade alfa é 12/4 = 3, na região existem três espécies e a diversidade gama é 3 e beta é 3/3 = 1. As regiões (a) e (d) têm a mesma diversidade beta, mas as diversidades alfa e gama são diferente, indicando pouca rotação de espécies nessas áreas.

Medidas de uniformidade:

Em uma amostra em que todas as espécies são igualmente abundantes, parece intuitivo que um índice de regularidade deva ser maximizado e diminuído para zero à medida que a abundância relativa das espécies diverge da regularidade.

Duas formulações são possíveis:

onde D = índice observado de diversidade de espécies

Dmax = índice máximo possível de diversidade, dadas espécies S e N indivíduos

Dmin = índice mínimo possível de diversidade, dados S e N.

Essas duas medidas (rotuladas V & # 8217 e V por Hurlbert, 1971) são convergentes para grandes amostras, e as medidas de uniformidade do primeiro tipo (V ') são mais comumente usadas na literatura. Todas as medidas de uniformidade variam de 0 a 1.

Para a função de Shannon-Wiener, a máxima diversidade possível ocorre de acordo com a seguinte fórmula:

Provavelmente, o índice de uniformidade mais comum usado por ecologistas é baseado na função de Shannon-Weiner:

onde J & # 8217 = medida de uniformidade (intervalo de 0 a 1)

H & # 8217 = função Shannon-Weiner (equação 6)

H & # 8217max = valor máximo de H (equação 11)

Há um problema geral com todas as medidas de uniformidade, todas assumem que o número total de espécies na comunidade é conhecido (Pielou, 1969). Mas esse número é quase sempre impossível de determinar para comunidades ricas em espécies. Uma vez que o número de espécies observadas deve ser sempre menor do que o número de espécies verdadeiras na comunidade, as taxas de uniformidade são sempre superestimadas (Sheldon, 1969). Peet (1974, 1975) e Routledge (1983) recomendaram que medidas de uniformidade não deveriam ser usadas em trabalhos ecológicos, a menos que o número de espécies em toda a comunidade seja conhecido. Isso pode ser possível em algumas comunidades de zonas temperadas e em comunidades tropicais bem estudadas (Krebs, 1989).

Conclusão:

A diversidade de espécies é um conceito dual que inclui o número de espécies na comunidade e a uniformidade com que os indivíduos são divididos entre as espécies. Existem muitas maneiras de medir a diversidade de espécies e muita controvérsia sobre quais índices de diversidade são os melhores.

Todas as medidas de Diversidade têm algumas limitações e isso inclui índices de riqueza de espécies, índices de diversidade e índices de uniformidade. Essas medidas são fáceis de calcular, mas geralmente são difíceis de interpretar. Em algumas comunidades com poucas espécies, é fácil determinar a riqueza de espécies. Mas em todos os outros casos, a lista de espécies e o tamanho da amostra são diretamente proporcionais.

A técnica de rarefação permite ajustar uma série de amostras a um tamanho de amostra comum (número de indivíduos) para que a riqueza de espécies possa ser comparada entre as amostras (Krebs, 1989). A estimativa Jackknife da riqueza de espécies pode ser feita para amostragem quadrat. Riqueza e equitabilidade de espécies são confundidas por medidas de heterogeneidade em um único índice de diversidade. As medidas de heterogeneidade colocam mais peso nas espécies raras na amostra, e a função de Shannon-Wiener é um exemplo dessas medidas.

Com a ajuda da razão entre a heterogeneidade observada e a heterogeneidade máxima possível, quando todas as espécies têm o mesmo número de indivíduos, a equitabilidade pode ser estimada. Medidas de uniformidade não foram usadas com muita vantagem na análise de comunidade porque todas as medidas são tendenciosas para cima, a menos que o número total de espécies na comunidade seja conhecido.


Alfa, beta ou gama: para onde vai toda a diversidade?

A riqueza taxonômica global é afetada pela variação em três componentes: dentro da comunidade, ou alfa, diversidade entre comunidades, ou beta, diversidade e entre regiões, ou diversidade gama. Um conjunto de dados consistindo de 505 listas faunísticas distribuídas entre 40 intervalos estratigráficos e seis zonas ambientais foi usado para investigar como a variação na diversidade alfa e beta influenciou a diversidade global durante o Paleozóico, e especialmente durante as radiações Ordovicianas. Como primeiro mostrado por Bambach (1977), a diversidade alfa aumentou em 50 a 70 por cento em ambientes marinhos offshore durante o Ordoviciano e então permaneceu essencialmente constante para o restante do Paleozóico. O aumento é insuficiente, entretanto, para explicar o aumento de 300% observado na diversidade genérica global. É mostrado que a diversidade beta entre as comunidades de fundo macio de nível também aumentou significativamente durante o início do Paleozóico. Esta mudança está relacionada à seleção aprimorada de habitat e, presumivelmente, ao aumento da especialização geral, entre os táxons diversificados durante as radiações do Ordoviciano. Combinada com a diversidade alfa, a mudança medida na diversidade beta ainda é responsável por apenas cerca de metade do aumento da diversidade global. Outras fontes de aumento provavelmente não estão relacionadas à variação na diversidade gama, mas sim ao aparecimento e / ou expansão de recifes orgânicos, comunidades de solo duro, matagais de briozoários e jardins crinóides durante o Ordoviciano.


Células T

Células T alfa / beta (alfa e beta)

  • alfa segmentos de genes da cadeia no cromossomo 14 e
  • beta segmentos do gene da cadeia no cromossomo 7

E como as células B, a maior diversidade nos receptores de células T & alfa & beta ocorre na terceira região determinante de complementaridade (CDR3) das cadeias alfa e beta por causa de

  • a diversidade juncional entre os segmentos V, J e D e
  • a adição de Região N nucleotídeos.

No entanto, as células T não parecem usar mutação somática para aumentar a diversidade do receptor. As medições reais do repertório em humanos revelam um número de cerca de 2,5 x 10 7.


E quanto às reinfecções após a vacinação?

Para responder a esta pergunta, os especialistas citam dados de um estudo de vigilância populacional no Reino Unido, mostrando que as reinfecções de COVID-19 genomicamente documentadas são "raras", e ainda mais raras são aquelas que são graves. Um estudo mostra que a taxa de reinfecção ≤ 0,4% em 4 milhões de casos foi apelidada de "boas notícias". "Isso nos diz que a imunidade cobiçada anterior é sólida (mas ainda mais forte com uma dose de vacina). Isso ajudará #BlockDelta", disse o Dr. Eric Topol, professor de medicina molecular e fundador-diretor do Scripps Research Translational Institute, Medicine, e vice-presidente executivo da Scripps Research.

Os dados atuais mostram que há um baixo risco de reinfecção com SARS-CoV-2. Houve 15.893 possíveis reinfecções com SARS-CoV-2 identificadas até 30 de maio de 2021 na Inglaterra durante a pandemia, em quase 4 milhões de pessoas com infecções confirmadas.

Fonte: Public Health England (PHE), publicado em 17 de junho de 2021


Introdução

A Convenção sobre Diversidade Biológica (CDB) exige que seus países signatários se comprometam a fazer inventários de sua biodiversidade, monitorar mudanças na biodiversidade e fazer planos de como a biodiversidade pode ser conservada. Isso é altamente louvável, mas pressupõe que sabemos como medir e monitorar a biodiversidade. No domínio marinho, essa suposição está longe de ser correta.

A biodiversidade abrange uma gama de diferentes níveis de organização, desde a variação genética entre indivíduos e populações, até a diversidade de espécies, assembleias, habitats, paisagens e províncias biogeográficas. Já fiz uma revisão geral da biodiversidade marinha (Gray, 1997a), mas aqui considerarei os problemas metodológicos na medição do número de espécies e indivíduos em uma determinada área.

A maioria dos estudos de biodiversidade se limita ao número de espécies em uma determinada área, o riqueza de espécies. Mas o número de espécies por si só não descreve a estrutura da assembléia de espécies em uma determinada área porque o número de indivíduos por espécie varia. Uma variedade de índices foi derivada levando em consideração a abundância proporcional das espécies (ver Magurran, 1984 para um relato completo). Esses índices consideram a riqueza de espécies e como os indivíduos estão distribuídos uniformemente entre as espécies (uniformidade ou equitabilidade). Seguindo Peet (1974), eu chamo isso de diversidade de heterogeneidade.

Whittaker (1960) sugeriu que havia uma variação nas escalas de riqueza de espécies. Ele chamou o número de espécies encontradas em uma amostra alfa (ou dentro do habitat) diversidade, e sentiu que esta era a unidade básica da diversidade. Whittaker (1960) também sugeriu que havia beta (ou entre habitat) diversidade, e a diversidade de espécies medida na maior escala que ele chamou diversidade gama. Em contraste, Rosenzweig (1995) sentiu que o termo diversidade gama era redundante, pois era simplesmente o número total de espécies em uma província biológica. Embora o esquema de Whittaker pareça ter uma lógica em termos práticos, há dificuldades em definir e interpretar essas escalas. Portanto, há uma necessidade de considerar esses termos em detalhes para chegar a definições aceitáveis ​​e formas acordadas de medir as diferentes escalas de riqueza de espécies e diversidade de heterogeneidade.

Também existem problemas ao tentar comparar a diversidade de diferentes áreas. Por exemplo, ao tentar publicar artigos recentes comparando diversidades costeiras e profundas (Gray, 1994 Gray et al., 1997), os revisores afirmaram que não era válido simplesmente comparar a riqueza de espécies costeiras e profundas. A razão apresentada foi que as amostras do fundo do mar eram sempre de um único habitat uniforme (dentro da diversidade de habitat), enquanto as amostras costeiras eram de muitos habitats, que os revisores chamaram de diversidade de habitat. Esse argumento está errado em dois aspectos. Em primeiro lugar, é perfeitamente justificável fazer a pergunta: existem mais espécies em uma área comparável de litoral em comparação com sedimentos de fundo do mar, independentemente de possíveis variações no habitat? Afinal, é válido comparar a riqueza de espécies de uma floresta tropical úmida com a de uma floresta boreal de carvalhos, ainda que sejam habitats diferentes. Mas, talvez mais importante, os árbitros não haviam entendido o que realmente significa diversidade de habitat (beta). Whittaker (1960) definiu a diversidade beta como a extensão da substituição de espécies ou mudança biótica ao longo dos gradientes ambientais. A diversidade beta não é uma medida do número de espécies em diferentes habitats em uma área.

A maioria dos estudos sobre diversidade e a terminologia que os acompanha está relacionada a sistemas terrestres. No entanto, os sistemas marinhos diferem dos terrestres de várias maneiras. Sutilmente, geralmente a amostragem é cega porque a extensão de um habitat ou assembléia geralmente não pode ser determinada e os limites são menos distintos do que na terra. Os sistemas marinhos são abertos com muitas espécies dispersando-se em grandes áreas por meio de larvas. Steele (1985) sugeriu que nas escalas do mar as diferenças no tempo e no espaço são diferentes daquelas na terra. Os estudos da diversidade marinha desenvolveram seus próprios métodos e terminologia que foram ignorados pelos ecologistas terrestres. For example, Sanders (1968) rarefaction technique for comparing samples of differing size was reinvented by Coleman (1981) and gives almost identical results (Brewer and Williamson, 1994). This review analyses the above issues, proposes a uniform notation for species richness and uses some Norwegian data to illustrate approaches that can be taken.


Assertion Reason Questions for Biology Chapter 37 Biodiversity and its Conservation

Instruções: In the following questions, a statement of assertion is followed by a statement of reason.
Mark the correct choice as:
(a) If both Assertion and Reason are true and Reason is the correct explanation of Assertion.
(b) If both Assertion and Reason are true but Reason is not the correct explanation of Assertion.
(c) If Assertion is true but Reason is false.
(d) If both Assertion and Reason are false.

Q.1. Assertion : Alpha diversity is said· to be higher if the dissimilarity between communities is higher.
Reason :Alpha diversity is a measure of diversity between the communities.

Answer Answer: (d) Alpha diversity (within-community diversity) refers to the diversity of organisms sharing the same community/ habitat. A combination’ of species richness and equitability/evenness is used to represent diversity within a community or habitat. Generally, greater the species richness, greater is the species diversity. Species frequently change when habitat or community changes. The rate of replacement of species along a gradient of habitats or communities is called beta diversity between-community diversity. Higher the heterogeneity in the habitats in a region or greater the dissimilarity between communities, higher is the beta diversity. Diversity of the habitats over the total landscape or geographical area is called gamma diversity.

Q.2. Assertion: The species diversity present in a given community or habitat is referred to as alpha diversity.
Reason: Alpha diversity is usually expressed by species richness and species evenness in that community habitat.

Answer Answer: (a) Alpha diversity within community diversity is species diversity in a given community or habitat. It is dependent upon species richness and species evenness/ equitability. There is a lot of competition, adjustments and interrelationships amongst members of the same community. The number of species per unit area is called species richness. Number of individuals of different species represent species evenness or species equitability.

Q.3. Assertion : Diversity observed in the entire geographical area, is called gamma diversity.
Reason : Bio-diversity decreases from high altitude to low altitude.

Answer Answer: (c) Biodiversity is not uniform on the earth. It varies with change in latitude or altitude. Biodiversity increase, when we move from high to low latitude (i.e. from the poles to the equator).

Q.4. Assertion : A biosphere reserve is a specified area.
Reason : No restriction on human activities has been imposed in biosphere reserve.

Q.5. Assertion : In tropical rain forests. O-horizon and A-Horizon of soil profile are shallow and nutrient-poor.
Reason : Excessive growth of micro-organisms in the soil depletes its organic content. [AIIMS 2006]

Answer Answer: (c) O-horizon occupies the topmost soil and is rich in mineral and decomposed organic matter (humus). A-horizon is dark coloured and has abundant minerals mixed with humus.

Q.6. Assertion: Communities that comprise of more species tend to be more stable.
Reason: A higher number of species results in less animal variation in total biomass. [AIIMS 2017].

Answer Answer: (a) Communities with higher number of species are more stable as it can resist occasional disturbances. A stable community should show less variation in productivity from year to year and resistance towards alien species.

Q.7. Assertion: Community with more species tends to be more stable than those with less species.
Reason: More will be the species, less will be year to year variation in total biomass.

Answer Answer: (a) Communities with more species tend to be more stable than those with less species. It is able to resist occasional disturbance . A stable community should not show too much variation in productivity from year to year it must be resistant to invasions by alien species. David Tilman’s long term experiments showed the plots with more species, experience less year to year variation in total biomass.

Q.8. Assertion: A stable community should not show too much variation in productivity from year to year.
Reason: A stable community must be resistant to invasions by the alien species.

Answer Answer: (b) A stable community should not show too much variation in productivity from year to year it must be either resistant or resilient to occasional disturbances (natural or man-made), and it must also be resistant to invasions by alien species.

Q.9. Assertion: Decrease in species diversity occurs as we ascend a high mountain.
Reason: Decrease in species diversity occurs with increase in altitude due to rise in temperature.

Answer Answer: (c) Barring arid/semiarid and aquatic habitats, biodiversity shows a latitudinal and altitudinal gradient. A decrease in species is observed as we ascend a high mountain due to drop in temperature (lapse temperature being 6.5°C for 1 km or 1000 m) and greater seasonal variability.

Q.10. Assertion : Most common forest type in India is tropical dry deciduous forests.
Reason : They are common in West Bengal.

Answer Answer: (c) The tropical monsoon deciduous forests are found in areas receiving an annual rainfall of 100 to 200cms in India, with a distinct dry and rainy season and minimum temperature. The south western ghats moist deciduous forests are a tropical moist broad leaf forest ecoregion of southern India. It covers the southern portion of the Western Ghats range and the Nilgiri Hills between 250 and 1000 meters elevation in Kerala, Karnataka and Tamil Nadu states.

Q.11. Assertion : Tropical latitudes have greater biological diversity then temperate latitudes.
Reason : Tropical regions remain relatively undisturbed for millions of years.

Answer Answer: (a) Tropical latitudes have greater biological diversity. It is quite true. Ecologists and evolutionary biologists have proposed various hypothesis in support of this. Speciation is generally a function of time and unlike temperate regions, subjected to frequent glaciations. In the past, tropical latitudes remained undisturbed for millions of years, where species continued to flourish.

Q.12. Assertion: If the species-area relationships are analyzed among very large areas like the entire continents, the value of Z i.e., slope of line lies in the range of 0.1 to 0.2.
Reason: The value of Z i.e., slope of line of species area relationships lies in the range of 0.6 to 1.2 when analysis is done among small areas.

Q.13. Assertion: Speciation is a function of time and tropical regions had got a long evolutionary time for species diversification as compared to temperate regions.
Reason: Temperate regions have undergone frequent glaciations in the past whereas tropical regions have remained relatively undisturbed for millions of years.

Answer Answer: (a) Speciation is a function of time. Temperate regions have undergone frequent glaciations in the past, due to which many species had been killed. However, tropical latitudes have remained relatively undisturbed for millions of years and thus, had a long evolutionary time for species diversification.

Q.14. Assertion: Taiga is also called North coniferous forest.
Reason: The ground flora is absent in Taiga.

Q.15. Assertion: Temperate deciduous forest is two – storeyed forest.
Reason: Two stories are formed of soft wood and hard wood trees.


Medindo a Biodiversidade

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Biodiversidade. A palavra evoca o esplendor de uma grande floresta, ou a abundante riqueza do oceano, e é simplesmente definida como a variedade de organismos em um ecossistema de interesse. Para proteger a biodiversidade, os cientistas devem ser capazes de medi-la. Isso significa descobrir quantas espécies diferentes estão vivendo juntas em um determinado espaço. Qual é uma maneira conveniente de contar as espécies?

Tentar contar tudo em um ecossistema inteiro seria impossível, então os cientistas usam uma ferramenta chamada quadrat, que é um quadro de tamanho fixo colocado aleatoriamente no ambiente para fazer a contagem. Depois de catalogar as espécies e indivíduos encontrados nesta pequena seção, o processo é repetido, colocando mais quadrantes ao acaso, ou alternativamente, em posições definidas ao longo de uma linha através do ambiente, chamada de transecto.

Para então estimar o número total de espécies em uma área, curvas de acumulação de espécies são usadas. Se o número cumulativo de espécies encontradas em uma quadratura for representado graficamente contra o número de quadraturas amostradas, uma curva surgirá. Por exemplo, neste conjunto de dados, quando quatro quadrantes foram investigados, descobriu-se que havia 10 espécies únicas. Seis continha 17 e assim por diante. A assíntota deste tipo de curva representa uma estimativa do número de espécies suportadas por um ambiente. In this case, it's about 30. But while measuring diversity at a single site is incredibly useful, comparing sites over a greater area can give us an even larger scale indication of diversity.

In 1972, the ecologist Robert Whittaker described three major kinds of biodiversity, alpha, beta, and gamma. Alpha diversity refers simply to the number of species in an area and is often referred to as species richness. For example, at this site there are seven different species, so the alpha score is seven. A second site, site B, has five species, and a third, site C, has seven. But by comparing between sites, we can determine what is called the beta diversity, the sum of species unique to each area. So if we compare site A with site B, we see three species in common between the two. Counting the remaining species, we find that there are six. This means that there is a beta diversity between site A and site B of six. Sites A and C also have three species in common, leaving eight unique ones. This is a beta diversity of eight. Sites B and C have two common species between them, or a beta diversity value of eight. Finally, gamma diversity is the number of different species in all sites combined. In this example, there is a gamma diversity of 12. So to summarize the three kinds of biodiversity, we can look at them this way, alpha, beta, and gamma. As well as recording diversity, scientists often refer to species evenness, meaning how many individuals of each type are present. For example, these two sites have the same richness, or alpha diversity, as they both have seven species. But site A is relatively overrun by rabbits with low numbers of the other species, whereas site B has a pretty even distribution of species, so it is considered to have greater evenness compared to site A. Scientists generally considered ecosystems with higher richness and evenness, i.e. many evenly distributed species, to be the healthiest. Disturbed habitats, often due to the actions of humans, like farming or pollution, often have poor richness and evenness. Being able to compare sites is critical because it allows researchers to determine the relative health of ecosystems.
In this laboratory, you will carry out quadrat and transect sampling at three different environmental sites, as well as carrying out a laboratory simulation, and then analyze the data collected to describe the observed biodiversity.

Diverse ecosystems are important for the health of the planet and our survival as humans it is therefore incredibly important for us to understand and measure biodiversity, which is defined as the variability among living organisms in an ecosystem. Biodiversity can be measured at many different levels including genetic, species, community, and ecosystem. One way to measure biodiversity is to assess species richness of an ecosystem, which is the total number of distinct species within a local community. While having many species generally coincides with having a diverse and healthy ecosystem, the evenness also needs to be considered. Evenness refers to the equality of the proportion of each species within an area or community. For instance, when one species dominates the area while the others are very rare, the biodiversity in this area is lower than in an area with species of equal abundance. Therefore, areas with many species that are relatively equal in abundance have the highest values of biodiversity.

Estimating Biodiversity

The differences in richness and evenness between two communities can be visualized by rank-abundance curves. If the number of species is equal, the shape of the line can tell us which community is more diverse. If the line is flat, there is high evenness among species. However, if the line quickly dips, the evenness is low. If richness and evenness are both different between two communities, biologists must use equations to calculate diversity. These equations weight the importance of each component differently, and a consensus on which equation is the best at calculating diversity is still debated.

Sometimes there are too many species in an area that it is unrealistic to count every single species. For example, a single tree in the Amazon Rainforest may contain hundreds of species of beetles. To circumvent this problem, ecologists use sampling tools called quadrats. A quadrat is simply a frame with a known internal area. For example, to measure the species richness of a one-acre field of grass, ecologists randomly place the quadrat in the field and count the species within the quadrat, instead of counting all of the species within the acre. They may also systematically sample by using transect tapes. Transects are stretched across the field, and quadrats are then placed along the transect at regular intervals. This method is semi-random and ensures ample coverage of sampling across the entire field to estimate its biodiversity.

While quadrats and transects may pick up most of the species, some rare species may go unnoticed. In this case, ecologists may use a species accumulation curve, which represents the cumulative number of species seen in a series of quadrats. The y-axis of the curve represents the total number of observed species, whereas the x-axis represents the number of quadrats for which species have been enumerated. The total number of species in the first quadrat represents the first point on the graph. Each successive point represents the number of new species found in each new quadrat sampled, plus all of the species from the previous quadrats. At some point, there will be few or no additional species found in each new quadrat sampled, and the curve will approach an asymptote, which is an estimate of the total number of species present. Even if the asymptote is never reached because of many rare species, biologists can estimate the total number based on this curve.

If comparisons need to be made among different areas or scales, alpha, beta, and gamma diversity measures are used. Alpha-diversity (α) refers to the number of species in an area. Beta-diversity (β) compares two different areas and is the sum of species unique to each area. Gamma-diversity (γ) is the number of species in many areas combined into a region. By using these measures, biologists can get an idea of diversity over space, including both small and large scales.

Threats to Biodiversity and their Implications

Biodiversity around the world is threatened by pollution, climate change, and invasive species. A main underlying reason for efforts to maintain biodiversity is based on ecosystem functioning. Ecosystems are made up of many working parts, including primary producers, herbivores, carnivores, and detritivores, all of which contribute to ecosystem function. If species are lost, the ecosystem may collapse. And if the ecosystem collapses, the services that it provides to humans will as well. Tropical coral reefs are a good example of this concept 1 . Spikes in water temperatures cause corals to lose their symbiotic algae cells. Without the algae, corals begin to starve, die, then degrade and lose their structure. When corals decay, they no longer provide cover for fish and the abundance of fish species declines, which in turn affects local fishermen, and the people that rely on fish for sustenance. Over time, dead coral reefs degrade on a larger scale and no longer provide a buffer for adjacent coastlines, eventually eroding the coast and destroying islands. A highly diverse community is less likely to collapse because of functional redundancy 2 . For example, corals may vary in their sensitivity to high temperatures. If one coral is extremely sensitive to temperature, another may take its place in the community, but if there are only a few species, it is less likely that such a substitute will be available.

A significant number of medicines that we benefit from are a direct result of the diversity of life. The medicines that we now synthesize were once isolated from animals, plants, fungi, and bacteria. There is a whole industry devoted to the discovery of new potential medicines by scanning various species for the presence of bioactive compounds. For example, plants produce chemicals for defense against infection and herbivores. Spiders and snakes produce diverse venoms. Both classes of organisms have been the source of important medicines, like Taxol from yew trees, which treats breast, lung and ovarian cancers, or Ohanin from King Cobra venom, which is a painkiller 3-4 . Each species that becomes extinct may hold the key to curing currently untreatable diseases. The faster we lose those species, the smaller the chance of discovering solutions.

Once a species goes extinct, we will never be able to experience them. This type of thinking has driven the conservation of pandas, sea otters, and other charismatic animals. These species are called flagship species, and their conservation can result in protection of biodiversity. Even though these animals are only a small part of the whole ecosystem, preserving them means preserving the ecosystem they occupy. Efforts to save the sea otter on the West Coast of North America have resulted in healthy kelp forests housing many thousands of other species 5 . Without protection of the sea otters, herbivores like sea urchins, which are usually eaten by the otters, are capable of completely devouring kelp forests leaving barren rocks where very few species could survive.

Referências

  1. Knowlton, Nancy. The future of coral reefs. PNAS. 2001, Vol. 98 , (10) 5419-5425.
  2. Andrea S. Downing, Egbert H. van Nes, Wolf M. Mooij, Marten Scheffer. The Resilience and Resistance of an Ecosystem to a Collapse of Diversity. PLoS One. . 2012 , Vol. 7(9): e46135.
  3. Wall, Monroe E. Camptothecin and taxol: Discovery to clinic. Med Res Rev. 1998, Vol. 18, 5 (299-314).
  4. Yuh Fen Pung, Peter T. H. Wong, Prakash P. Kumar, Wayne C. Hodgson, R. Manjunatha Kini. Ohanin, a Novel Protein from King Cobra Venom, Induces Hypolocomotion and Hyperalgesia in Mice. J Biol Chem. 2005, 280, 13137-13147.
  5. Estes, J.A., et al. Complex Trophic Interactions in Kelp Forest Ecosystems. Bulletin of Marine Science, Volume . 2004, Vol. 7, 3: 621-638.


Assista o vídeo: Aula 11 - Medindo a diversidade biológica (Agosto 2022).