SESIÓN 2 PRIMERA PARTE: BIODIVERSIDAD A ESCALA GLOBAL 1. Qué es biodiversidad 2. Unidades biogeográficas 3. Biomas 4. Niveles de la biodiversidad 4.1 Genes 4.2 Especies 4.3 Poblaciones 4.4 Ecosistemas 5. Países megadiversos 6. Diversidad cultural La definición de la Convención de Biodiversidad (CBD) “Diversidad Biológica significa la variabilidad entre organismos vivos de todas las proveniencias, incluyendo, inter alia, organismos terrestres, marinos y de otros ecosistemas acuáticos y los complejos ecológicos de los cuales son parte; esto incluye la diversidad dentro de las especies, entre las especies y de los ecosistemas” CBD, 1992 ---------Con el objetivo de “… la conservación de la diversidad biológica, el uso sustentable de sus componentes, y la distribución justa y equitativa de los beneficios generados por la utilización del acceso a los recursos genéticos, incluyendo el acceso apropiado a los recursos genéticos y la transferencia apropiada de tecnologías relevantes, y con financiamiento apropiado.” El concepto de biodiversidad comprende a la variedad de: Ecosistemas Diversidad de comunidades bióticas y de procesos ecológicos que suceden a este nivel; también se le conoce como diversidad ecológica o de comunidades. + Especies Número de especies de los distintos grupos taxonómicos; también se le conoce como riqueza de especies. Vida + Pasada Genes Variación genética contenida en los individuos. La diversidad genética existe dentro y entre poblaciones, así como también dentro de las especies. Diversidad cultural Biodiversidad • Constituye el cimiento de la variedad de servicios que los ecosistemas proveen y son básicos al bienestar humano • Tanto en sistemas manejados por la humanidad como en los naturales • Las transformaciones de los ecosistemas que afectan a la biodiversidad influyen en el bienestar humano Biodiversidad • La biosfera es el elemento constituyente del planeta más complejo y probablemente más poco conocido • Ningún otro componente del planeta está experimentando la intensidad y extensión de cambio a las que está sujeta la biosfera • Es un sintetizador de los otros sistemas de la Tierra (atmósfera, geosfera, hidrosfera) • Esta síntesis de sistemas ha sido el escenario del proceso de evolución orgánica Elementos de la biodiversidad DIVERSIDAD ECOLÓ ECOLÓGICA DIVERSIDAD GENÉ GENÉTICA DIVERSIDAD ORGANÍ ORGANÍSMICA Biomas Reinos Bioregiones Phyla Paisajes Familias Ecosistemas Géneros Habitats Especies Nichos Sub-especies Poblaciones Poblaciones Poblaciones Individuos Individuos Cromosomas Genes Nucleótidos Fuente: adaptado de Heywood y Baste, GBA;1995 Qué se mide en la biodiversidad Nivel Importancia de la variabilidad Importancia de cantidad y distribución Genes Adaptabilidad para producción y resiliencia al cambio ambiental Resistencia local y resiliencia Poblaciones Diferentes poblaciones mantienen adaptación local Servicios de provisión y regulación locales Especies El reservorio básico de adaptabilidad que representa valores de opción Interacciones entre comunidades y ecosistemas, habilitadas por cohabitación específica Ecosistemas Diferentes ecosistemas proveen diferentes servicios Cantidad y calidad del servicio depende de la distribución y localidad Algunos datos y fechas “de fondo” útiles • • • • • • • • • • La vida se origina hace 3.5 a 4.5 milM de años Los primeros1-2 milM dominados por procariontes Primeros fósiles eucariontes ~2 milM Eucariontes multicelulares ~1.5 milM Primeros animales de cuerpo suave ~700 M Invertebrados marinos y plantas ~500 M Poco después, todos los phylla hoy existentes Flora y fauna actuales últimos ~70 M Antropoides ~7M Humanos modernos ~0.1 - 0.2M EL ÁRBOL DE LA VIDA Fuente: Nee, Nature 429, 2004 O LA BIODIVERSIDAD INVISIBLE… INVISIBLE…. Qué se mide en Biodiversidad • No hay una sola medida “integradora” • Depende del uso que se le quiere dar a la medición • Al escoger una medida, se le da valor a un aspecto de la BD • La mayoría de los enfoques han usado el nivel genético o en particular de las especies, incluso los que tratan niveles superiores (e.g. ecosistemas o paisajes) • Los estudios se mantienen más en los aspectos de medida, descripción y patrones, más que en los mecanismos que determinan la BD y el efecto de ésta sobre el funcionamiento de los sistemas Importancia de variabilidad y número en función del nivel observado de biodiversidad Nivel Importancia de variabilidad Importancia de cantidad y distribución Genes Variación adaptativa para resiliencia a cambios ambientales Resistencia y resiliencia locales Población Diferentes poblaciones mantienen Servicios locales de servicios adaptación local de provisión y regulación Especies Reservorio final de variación adaptativa, con valores de opción Interacciones comunitarias y de ecosistemas facilitadas por cohabitación de especies Ecosistemas Diferentes ecosistemas proveen diversidad de funciones Cantidad y calidad del servicio depende de distribución y localidad Fuente: MEA, 2005 ELEMENTOS NOTABLES ACERCA DE LA BIODIVERSIDAD (BD) GLOBAL • La BD (genes, especies comunidades y ecosistemas) subyace a todos los procesos ecosistémicos • Para la mayoría de los servicios ecosistémicos, la extinción local de poblaciones es más importante que la extinción de especies • El conocimiento de la BD es muy disparejo al nivel de grupos, espacialmente y en acceso a la información • Se conocen ~2M de especies de un total de 530M; están catalogados ca. 3milM de especimenes en museos/herbarios; solo 2-3 % son accesibles electrónicamente ESTIMACIONES DE BIODIVERSIDAD • Diversos métodos y enfoques • Difícil tener mediciones precisas incluso al nivel de especies • Pero no se necesitan mediciones precisas para: – – – – – definir áreas de alta diversidad, como cambia en espacio y tiempo, qué factores producen los cambios las consecuencias de esos cambios las opciones de respuesta a los mismos ELEMENTOS NOTABLES ACERCA DE LA BIODIVERSIDAD GLOBAL • Organismos macroscópicos tienen distribución agregadas y concentrada en ciertas áreas y con rangos de distribución < 1,000 Km2.Contraste con microorganismos • Los trópicos tienen >especies, familias y endemismos, historia evolutiva que favorece esto • La actividad humana en los últimos 2-3 siglos ha incrementado la tasa de extinción hasta por tres órdenes de magnitud. Difícil de precisar por varias razones • La mayoría de los biomas se han modificado entre 20 y 50% de su extensión por actividad humana ELEMENTOS NOTABLES ACERCA DE LA BIODIVERSIDAD GLOBAL • Entre 12 y 52% de las especies en grupos bien conocidos están amenazadas: – Menos del 10% de las especies descritas están evaluadas en cuanto a su estado de conservación: • Aves: 12%; Mamíferos y coníferas: 23 y 25%; Anfibios: 32%; Cicadáceas: 52%. Todas presentan tendencias a la baja • Un amplio rango de grupos muestran disminución de especies: • Anfibios globalmente; Mamíferos africanos; Aves en sistemas muy perturbados; Mariposas Británicas; Corales en el Caribe; Aves acuáticas; especies de pesquerías. • Las causas de extinción han cambiado: de introducción y sobre-explotación a pérdida de hábitat y cambio climático (más afectados: especies endémicas de montañas, islas y peninsulares; manglares, arrecifes, humedales costeros) ELEMENTOS NOTABLES ACERCA DE LA BIODIVERSIDAD GLOBAL • Entre reducción de especies endémicas, reducción de diversidad genética por “revoluciones verdes” y reducción de tamaño poblacional e introducción de especies exóticas invasoras y agresivas: ESTAMOS ENTRANDO A LA NUEVA ERA DEL HOMOGEOCENO REGIONES BIOGEOGRAFICAS DEL MUNDO Paleártica Neártica Oceanía Paleotrópico Oceanía Indomalayo Neotrópico Australasia Antártica Fuente: MEA, 2005 FUENTE: MEA, 2005 Área de grandes biomas estimadas en 6 clasificaciones Biodiversidad de los 8 dominios biogeográficos (NÚ (NÚMERO DE ESPECIES) ENDEMISMOS RIQUEZA ANF AVE MAM AA 545 1669 688 1305 515 1330 614 1209 AN 0 36 0 0 0 4 0 0 PT 930 2228 1161 1703 913 1746 1049 1579 IM 882 2000 940 1396 722 758 544 1094 NA 298 696 481 470 235 58 245 175 NT 2732 3808 1282 2561 2660 3217 1061 2258 OC 3 272 15 50 3 157 10 26 PA 395 1528 903 774 255 188 472 438 Fuente: MEA, 2005 REP ANF AVE MAM REP También tiene el > número de familias Cobertura vegetal de Unidades Biogeográficas Cobertura vegetal en Biomas BIOMAS TERRESTRES • Diversas clasificaciones • Son entidades naturales y representan a áreas potenciales de distribución de las mismas • En general corresponden a unidades fisiográficas (edáficas, topográficas, geológicas) y climáticas amplias • El más generalmente usado a escala global es el de ecoregiones de WWF con 14 unidades • Permiten cambios de escala con facilidad BIOMAS MARINOS • Clasificaciones mucho menos desarrolladas • Naturaleza dinámica y ausencia de límites naturales • Existen varios intentos: – Bailey (1998) con 14 divisiones basadas en latitud y vientos, precipitación y evaporación – Sherman y Alexander (1986) con 62 regiones basadas en batimetría, hidrografía, productividad y cadenas tróficas; usada para fines pesqueros • Ninguno es totalmente satisfactorio TDF % Protegido (IUCN I-IV) Bosque tropical/subtropical húmedo Biomasa (kgC/m2) TMF PPN media (1010C/yr/cell B I O M A S Área (x105km2) ALGUNAS CARACTERÍSTICAS DE LOS 14 BIOMAS TERRESTRES 231.6 74.2 8.41 5.5 Bosque tropical/subtropical seco 31.9 45.2 4.28 4.9 TCF Bosque tropical/subtropical de coníferas 16.3 44.4 5.69 2.5 TeBF Bosque templado mezclado 135.4 28.3 4.48 3.8 TeCF Bosque templado de coníferas 42.2 26.1 8.72 8.9 BF Bosque boreal/taiga 118.5 11.0 6.19 6.3 TG Pastizal tropical subtropical 216.3 40.7 3.92 5.5 TeG Pastizal templado 146.9 17.6 2.18 1.9 FG Pastizales inundables 11.2 34.4 3.10 8.7 MG Pastizales montanos 54.5 15.8 2.08 3.8 T Tundra 115.6 3.8 1.03 13.7 MF Bosque y matorral mediterráneo 44.9 21.1 3.30 2.8 D Desiertos y matorrales xerofíticos 349.1 6.2 1.18 3.7 M Manglar 3.5 41.4 4.64 8.6 Celdas de 0.25° RIQUEZA DE ESPECIES FUENTE: MEA, 2005 RIQUEZA DE FAMILIAS ENDEMISMOS VARIACIÓN LATITUDINAL DE RIQUEZA DE ESPECIES DE MAMÍFEROS, ANFIBIOS Y AVES AMENAZADAS FUENTE: MEA, 2005 Genes • La variabilidad dentro de una especie se mide como diversidad genética y da una idea del número de genotipos presentes • Esta variabilidad permite en gran medida adaptación de las poblaciones de una especie a condiciones cambiantes del medio. Melanismo industrial • Variabilidad genética base del desarrollo de plantas y animales domesticados por selección humana • Poblaciones con baja variabilidad genética susceptibles de extinción Genes • La variabilidad dentro de una especie se mide como diversidad genética y da una idea del número de genotipos presentes • Esta variabilidad permite en gran medida adaptación de las poblaciones de una especie a condiciones cambiantes del medio. Melanismo industrial • Variabilidad genética base del desarrollo de plantas y animales domesticados por selección humana • Poblaciones con baja variabilidad genética susceptibles de extinción Genes • La mayor parte de los datos empíricos sobre variabilidad genética de poblaciones en condiciones naturales proviene de un limitado número de estudios y menos aún de series históricas • La variabilidad genética tiende a ser mayor entre más grande sea la población efectiva de una especie; reducciones en el tamaño tienen efectos en la variabilidad genética • Variabilidad genética disminuye en general de vertebrados < invertebrados < plantas, por su tamaño poblacional Qué es una especie en el estudio de biodiversidad • Hay varias concepciones de lo que es una especie • Difícil de definir biológica y espacialmente con precisión • La más útil para fines de estudios de biodiversidad es el de “una población natural separada efectivamente de otras por una discontinuidad genética y/o ecológica, que es la unidad en la que los procesos de dinámica poblacional operan” – 40 especies “biológicas” de aves de paraíso contra 92 especies “morfológicas” (Cracraft, 1992) Especies • Aunque es el enfoque más común y más accesible, no es suficiente • Es un conocimiento muy sesgado: – Vertebrados, especialmente “carismáticos” – Sistemas templados – Especies útiles • Se requieren integrar otros parámetros: – – – – Variabilidad espacial Tipos funcionales Tamaños poblacionales y densidades Distribución espacial • Hay otros problemas asociados a la forma de estudio: – Problemas escala espacial y temporal – Problemas de esfuerzo de colecta (muchos sitios con pocas especies, muy pocos sitios con muchas especies) dificultad de comparar estudios Especies • Hay varios elementos que se correlacionan en alguna medida con número de especies: – Diversidad ecológica – Taxa de mayores categorías, especialmente familias y órdenes – Algunos medidores de tamaño y complejidad de redes alimenticias (e.g. largo de la cadena, número de eslabones tróficos, etc.) – Altos niveles de riqueza de especies con alta diversidad topográfica, especialmente alta â diversidad (Ref. Gaston, 1996) Especies • Las estimaciones del posible total de especies se basan en las ya conocidas • Hay pocas bases de datos completas • La sinonimia es un problema serio (entre más amplia distribución de las especies descritas y más variabilidad morfológica, más sinónimos) • Hay intentos de catalogación electrónica de especies (ISIS, Species 2000, GBIF, CONABIO, InBio) • En 1995 (GBA) se estimaron 1.75M de especies. • La tasa de descubrimiento de nuevas especies es de ~15,000/año. A estas alturas deben existir conocidas ~2M de especies de eucariontes Estimación del número de especies • Existen varias técnicas para calcular número de especies (May, 1988; Stork,1997): – Relaciones especies conocidas/desconocidas (Raven, 1983) – Extrapolación de muestras – Reglas de escalamiento entre tamaño corporal y especies (May, 1990) – Opinión de especialistas (Gaston,1991) – Patrones comunitarios (Godfray et al. 1999) Estimado del número global de especies Estimado 30 millones 3 – 5 millones Autor Método usado Erwin (1982) Extrapolación de muestras Raven (1983) Relación de especies conocidas/desconocidas 10 – 80 millones 4.9 – 6.6 millones Stork (1988) Extrapolación de muestras Stork & Gaston (1991) Relación de especies conocidas/desconocidas 1.84 – 2.57 millones 5 millones Hodkinson & Casson Relación de especies (1991) conocidas/desconocidas Hodkinson(1992) Relación de especies conocidas/desconocidas 4 – 6 millones Novotny et al.(2002) Extrapolación de muestras Número de especies en grupos selectos de organismos Fuente: MEA, 2005 Conocemos entre 10 y 17% del total posible de especies del mundo Riqueza global de especies de mamíferos terrestres 4,734 celdas de medio grado. Rojo >número de especies, azul <número; máx. 258 spp. Riqueza global de especies de anfibios 5, 743 celdas de ½ grado. Rojo >número de especies, azul <número de especies; máx. 142 spp. DIVERSIDAD DE PLANTAS VASCULARES FUENTE: MEA, 2005 N° de especies en diferentes Biomas Riqueza de especies Fuente: MEA, 2005 N° de familias en diferentes Biomas Riqueza de familias Fuente: MEA, 2005 Algunas otras estimaciones de especies • Plantas vasculares: – Varían de 223,000 (Scotland y Wortley, 2003) a 270,000 – 320,000 (May, 1992; Prance, 2000) a 422,000 (Govaerts, 2001) • Organismos marinos: – 10M de especies (Grasle y Maciolek, 1992) • Hongos: – ~1.5M (Hawksworth, 1991) • Organismos parasíticos: – Al menos una especie por hospedera planta (Toft, 1986) Distribución de plantas superiores por continentes América Latina* África Tropical y subtropical 85,000 40-45,000 NorÁfrica 10,000 África tropical 21,000 Sudáfrica* 21,000 Asia tropical y subtropical 50,000 India 15,000 Malasia 30,000 China* 30,000 Australia* 30,000 Caribe 15,000 América del Norte 17,000 Europa 12,500 Número total de especies calculado: ca. 278,000 Poblaciones • Una población es la entidad geográfica de una especie diferenciada ecológica, demográfica o genéticamente (“población mendeliana”) • Puede ser considerada también como una unidad utilitaria (e.g. pesquerías) • Son usualmente las unidades manejadas, monitoreadas y estudiadas más frecuentemente Poblaciones • Es el nivel al que más fácilmente se relaciona con funciones ecosistémicas y sus servicios • Su condición se puede observar por: – – – – El número total de poblaciones en un área El tamaño que tienen (en número de individuos) Su distribución geográfica Su diversidad genética • La mayoría de las especies tienen poblaciones pequeñas lo que las hace vulnerables a perturbaciones ambientales • Aunque hay muy pocos datos sobre ellas, las poblaciones son básicas para estimar biodiversidad y servicios ecosistémicos Los países con megadiversidad 66 75% de la biodiversidad En ellos habita, en conjunto, entre el y total del planeta. De los más de 170 países del mundo, 17son megadiversos. MÉXICO ES EL CUARTO PAÍS CON MÁS DIVERSIDAD. Países con megadiversidad EUA China México República Colombia Democrática Venezuela del Congo Ecuador Brasil Perú Sudáfrica Mittermeier y Goettsch, 1997 India Malasia Indonesia Madagascar Filipinas Papua Nueva Guinea Australia Diversidad cultural y diversidad biológica Alto grado de diversidad cultural* Papua Nueva Guinea Nigeria Camerún Modificado de Worldwatch Institute Alto grado de diversidad biológica** Indonesia India Australia México Brasil Rep. Dem. del Congo Colombia China Perú Malasia Ecuador Madagascar * Países donde se hablan más de 60 idiomas ** Países con megadiversidad Bienestar humano Clima ciclos b.g.q. uso de suelo invasoras Servicios ecosistémicos PROVISIÓN Alimento, fibras, leña Recursos genéticos Fármacos Agua CULTURALES Valor espiritual/religioso Sistemas cognitivos Educación, inspiración Recreación valor estético Pertenencia Número Abundancia relativa Composición Interacciones SOPORTE Producción primaria Provisión de hábitat Reciclaje de nutrientes Formación de suelo Producción de oxígeno Reciclaje de agua RELACIONES ENTRE BIODIVERSIDAD, FUNCIONES Y SERVICIOS ECOSISTÉ ECOSISTÉMICOS Fuente; MEA, 2005 REGULACIÓN Resistencia invasiones Herbivoría Polinización Dispersión de semillas Regulación del clima Regulación de plagas Regul. enfermedades Protección desastres Regulación de erosión Purificación de agua Medidas estimadoras de biodiversidad N° familias/géneros • Con frecuencia no se puede medir directamente un atributo de diversidad (e.g. paleoecología) abejorros N° de especies Div. morfológica Riqueza de caracteres • Puede ser usado también en estudios de evaluación de caract. morfológicas • Entre riqueza de especies y caracteres morfológicos aves plantas Tiempo geológico a Riqueza de especies b c a = escala global b = escala regional c = escala nacional