Submitted by Cássia Santos (cassia.bcufg@gmail.com) on 2017-03-21T11:50:30Z No. of bitstreams: 2 Dissertação - Zander Augusto Spigoloni Vilaça - 2017.pdf: 4936242 bytes, checksum: 3e7d05bb80d2c70f737753125ee7f0c3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Approved for entry into archive by Luciana Ferreira (lucgeral@gmail.com) on 2017-03-21T12:18:52Z (GMT) No. of bitstreams: 2 Dissertação - Zander Augusto Spigoloni Vilaça - 2017.pdf: 4936242 bytes, checksum: 3e7d05bb80d2c70f737753125ee7f0c3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) / Made available in DSpace on 2017-03-21T12:18:52Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Dissertação - Zander Augusto Spigoloni Vilaça - 2017.pdf: 4936242 bytes, checksum: 3e7d05bb80d2c70f737753125ee7f0c3 (MD5) license_rdf: 0 bytes, checksum: d41d8cd98f00b204e9800998ecf8427e (MD5) Previous issue date: 2017-02-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / The distribution of biological diversity is one of the major questions for science. Several theories were proposed in attempt to understand the patterns and process that regulate the richness of extant species: species-energy theory, metabolic theory of ecology, habitat heterogeneity, and tropics as museum, cradle or casino. Terrestrial ecorregions are land units that contain similar biotic and abiotic factors, what makes them more alluring and efficient for conservation planning and land use than using geopolitical divisions, still used by several conservation institutions and governments. Odonata is one of the oldest orders of insect, belonging to the clade Paleoptera. Those insects, for being thightly related to environmental conditions and vegetation structure, are widely utilized as bioindicators and in studies of spatial patterns. In this thesis, we evaluated the lack of knowledge around Odonata geographic distribution in the Neotropical region and the way that its species composition is affected by both climate and space. / A variedade e distribuição da biodiversidade é um dos temas mais estudados na ciência. Na tentativa de compreender os padrões e processos moduladores da riqueza de espécies existente, várias teorias foram geradas: teoria espécie-energia; teoria metabólica ecológica; heterogeneidade de habitat; e trópicos como museu, berço ou cassino. Ecorregiões terrestres são unidades de terra unidas por componentes bióticos e abióticos semelhantes, tornando-as unidades mais operacionais que definições geopolíticas, utilizadas por várias instituições de conservação e governamentais para se criar planejamentos de conservação da biodiversidade e de uso de terras. Odonata é uma das ordens de insetos mais antiga ainda existente, pertencentes ao clado dos Paleoptera. Estes insetos, possuindo ótima relação com as variáveis ambientais e estrutura vegetacional, são largamente utilizados em avaliações de bioindicação e estudos de padrões espaciais. Nesta dissertação avaliamos o estado do déficit de conhecimento sobre as distribuições geográficas da Ordem Odonata no Neotrópico e como o clima e espaço afetam sua composição de espécies.

The biodiversity is distributed heterogeneously across the Earth. Although the discussion about which factors determine the spatial patterns of species diversity remains controversial, to know the components of biodiversity themselves is a challenge even bigger in certain regions. So, to know how much still remains to be studied or discovered is fundamental to the science, and the lack of knowledge about the species geographical distribution is known as one of the main problems faced in biodiversity research, especially in “Megadiverse” countries like Brazil. Historically, the Caatinga biome has been recognized as one of the most unknown and less valued according to its biodiversity, because the erroneous idea that the biome would have low diversity and endemism rates, and high degrees of degradation. Considering the dominance of the Family Fabaceae in the Caatinga, in both richness and abundance, we investigated the spatial pattern of Fabaceae species richness on the biome looking for determine which are the factors responsible for the spatial variation on its species richness. Moreover, we elaborated a spatial statistical model for the diversity of Fabaceae in the Caatinga, utilizing the spatial structure of the know assemblages and their environmental determinants, in order to estimate the shortfall of knowledge about the distribution (Wallacean shortfall) of the family in the Caatinga. We obtained 220,781 registers, less than 25% were valid. From these registers, we found 1,310 species in 198 genera. The predict richness vary from 92 to 283 species across the space and was better described by the sampling effort, the soil properties and the topography. With the measure of discrepancy between predicted and the observed values of species richness, we estimated the Wallacean shortfall, reaching 192 species in one single locality. The total number of species found in this work represents an expressive improvement on the know species richness of the family in the Caatinga. The selection of non-climatic factors as the main predictors of richness indicate the major influence of topography and soil on regional scale. The importance of substrate on the establishment of plant communities on the semiarid, as well. The estimated Wallacean shortfall evidences a chronical and spatially heterogeneous deficiency on knowledge of the regional flora. The persistence of such expressive gaps on the knowledge, plus the reduced coverage of protected areas on the biome shows a currently risk of significantly losses of biological diversity, with serious implications for the conservation of the biome. / A biodiversidade é distribuída de forma heterogênea através do planeta Terra. Embora a discussão sobre quais fatores determinam os padrões espaciais da biodiversidade continue controversa, o simples conhecimento dos seus componentes é um desafio ainda maior em algumas regiões. Assim, conhecer o quanto ainda há para ser estudado ou descoberto é fundamental para a ciência, e a falta de conhecimento sobre a distribuição geográfica das espécies é considerado um dos principais problemas enfrentados em estudos sobre a biodiversidade, especialmente em países “megadiversos” como o Brasil. O Bioma Caatinga tem sido historicamente reconhecido com um dos menos conhecidos e valorizados quanto a diversidade biológica, devido à ideia equivocada de sua baixa diversidade e endemismo e elevado grau de antropização. Considerando a dominância da família Fabaceae na Caatinga, quanto à riqueza e abundância regional, investigamos o padrão espacial da riqueza de espécies de Fabaceae no bioma, buscando determinar quais os fatores ambientais responsáveis pela variação espacial da sua riqueza de espécies. Além disso, elaboramos um modelo estatístico espacial de diversidade de Fabaceae na Caatinga a partir da estrutura espacial das assembleias conhecidas e dos seus determinantes ambientais, a fim de estimar o déficit de conhecimento sobre a distribuição (déficit wallaceano) da Família na Caatinga. Obtivemos 220.781 registros, dos quais menos de 25% foram válidos. A partir desses registros, encontramos o total de 1.310 espécies de 198 gêneros. A riqueza predita pelo modelo espacial variou de 92 a 283 espécies ao longo do espaço e foi melhor descrita pelo esforço amostral, aspectos do solo e topografia. A partir da medida de discrepância entre valores preditos e observados de riqueza de espécies, estimamos valores de déficit Wallaceano, chegando a 192 espécies em uma única localidade. O número total de espécies encontrado neste trabalho representa um incremento expressivo na riqueza conhecida de espécies da família na Caatinga. A seleção de fatores não climático como principais preditores de riqueza indica maior influência da topografia e do solo na escala regional. E também a importância do substrato no estabelecimento de comunidades vegetais no semiárido. O déficit Wallaceano estimado evidencia uma deficiência crônica e espacialmente heterogênea no conhecimento da flora regional. A persistência de lacunas tão expressivas no conhecimento, somada a cobertura reduzida de áreas protegidas no Bioma evidencia um risco corrente de perdas significativas de diversidade biológica com sérias implicações para a conservação do Bioma.

Detaillierte Informationen über die Verbreitungsareale von Arten sind essentiell für die Beantwortung zentraler Fragen der Ökologie, Evolutionsbiologie und Biogeographie. Solche Informationen sind auch notwendig, um Naturschutzressourcen kostenwirksam zwischen verschiedenen Regionen und Maßnahmen zu verteilen. Unser Wissen über Artverbreitungen beruht vor allem auf Punktdaten, die das Vorkommen einer bestimmten Art an einem bestimmten Ort zu einem bestimmten Zeitpunkt belegen (nachstehend „Records“). Riesige Mengen solcher Records wurden über internationale Data-Sharing-Netzwerke mobilisiert, allen voran durch die Global Biodiversity Information Facility (GBIF). Auch wenn diese Netzwerke die Zugänglichkeit zu solchen Informationen enorm verbessert haben, ist unser Wissen über globale Artverbreitungen immer noch äußerst lückenhaft und von grober räumlicher Auflösung – der sogenannte Wallace’sche Wissensrückstand. Vorhandene Informationen enthalten zudem zahlreiche Unsicherheiten, Fehler und Daten-‘Biases’. Diese könnten durch Ort-spezifische Faktoren wie Zugänglichkeit oder durch artspezifische Faktoren, wie Entdeckungswahrscheinlichkeit, verursacht werden. Zukünftiges Sammeln und Mobilisieren von Informationen sollte so gestaltet werden, dass der erreichte Nutzen der Records für Forschung und Naturschutz maximiert wird. Hierfür ist ein tiefgehendes Verständnis der Lücken, Unsicherheiten und Biases in den Informationen sowie der sie verursachenden Faktoren notwendig. Bisher wurden diese Mängel in globalen Artverbreitungsinformationen niemals quantitativ untersucht. Mit meiner Dissertation liefere ich die ersten globalen Analysen zu Mängeln von digital verfügbaren Verbreitungsinformationen für terrestrische Wirbeltiere und Landpflanzen. Ich habe >300 Millionen Records für Landpflanzen und drei Gruppen terrestrischer Wirbeltiere (Amphibien, Säugetiere, Vögel) über GBIF abgerufen. Diese Informationen habe ich mit taxonomischen Datenbanken sowie unabhängigen Verbreitungskarten und Checklisten verbunden. Auf Grundlage der erstellten Datensätze habe ich unterschiedliche Formen von Informations-Mängeln für verschiedene taxonomische Gruppen und auf mehreren räumlichen Maßstäben untersucht. In Kapitel I habe Daten-Abdeckung sowie Daten-Unsicherheiten in Informationen zu Pflanzenvorkommen jeweils in Bezug auf Taxonomie, Raum und Zeit quantifiziert. Für diese insgesamt 6 Maße habe in anschließend Variation in den drei Dimensionen (Taxonomie, Raum, Zeit) gemessen. Zudem habe ich mithilfe von paarweisen Spearman-Rang-Korrelationen und Hauptkomponentenanalysen die Zusammenhänge zwischen diesen verschiedenen Formen von Informationsmängeln analysiert. In Kapitel II habe ich anhand von terrestrischen Wirbeltieren zwei spezielle Aspekte von Datenabdeckung zwischen geographischen Regionen verglichen: i) die Datendichte und ii) die Vollständigkeit der abgedeckten Arten. Durch Multi-Modell-Analysen habe ich die Effekte von zwölf potentiellen sozioökonomischen Einflussfaktoren auf Informationsmängel verglichen, und zwar einzeln für jede der drei Wirbeltiergruppen auf jeder von vier verschiedenen räumlichen Auflösungen. In Kapitel III habe ich anhand von Säugetieren drei Aspekte von Datenabdeckung zwischen einzelnen Arten verglichen: i) die Anzahl von Records pro Art, ii) die räumliche Abdeckung der Verbreitungsareale durch Records, und iii) den räumlichen Bias in der Abdeckung verschiedener Teile der Verbreitungsareale. Durch Multi-Modell-Analysen und Variations-Partitionierung habe ich die Effekte von verschiedenen Artmerkmalen, Größe und Form der Verbreitungsareale sowie von sozioökonomischen Faktoren untersucht. Diese Analysen habe ich auf globalem Maßstab sowie einzeln für sechs zoogeographische Gebiete durchgeführt. In meiner Dissertation habe ich in allen untersuchten Aspekten von Artverbreitungsinformationen starke Biases gefunden. Die Anzahl von Records variierte um mehrere Größenordnungen zwischen Arten und zwischen geographischen Gebieten. Verschiedene Maße von Datenabdeckung und Datenunsicherheiten zeigten klare taxonomische, geographische und zeitliche Muster. Ich fand beispielsweise Höchstwerte von taxonomischer Abdeckung in industrialisierten westlichen Ländern, aber auch in einigen tropischen Gebieten wie Mexiko. Im Gegensatz dazu gab es in weiten Teilen Afrikas und Asiens entweder gar keine oder nur sehr veraltete Informationen. Da taxonomische, räumliche und zeitliche Abdeckung jeweils durch die Anzahl der Records numerisch eingeschränkt sind, fand ich zwischen diesen Maßen gemäßigte bis starke positive Korrelationen. Maße von Datenunsicherheiten hingegen korrelierten kaum untereinander oder mit Datenabdeckungsmaßen. In Kapitel II habe ich den Einfluss von zwölf potentiellen sozioökonomischen Einflussfaktoren auf Datendichte und Datenvollständigkeit von geographischen Artgemeinschaften untersucht. Nur vier hatten einen durchweg für alle untersuchten Wirbeltiergruppen und räumlichen Auflösungen starken Einfluss. Dies waren der Endemitenreichtum, die räumliche Nähe zu Daten-beisteuernden Institutionen, politische Mitgliedschaft im GBIF-Netzwerk, sowie lokal verfügbare Forschungsgelder. Andere Faktoren, von denen man oft annimmt, dass sie eine große Rolle spielen würden, hatten einen erstaunlich geringen Einfluss, wie z.B. Verkehrsinfrastruktur oder Größe und Finanzausstattungen westlicher Daten-beisteuernder Institutionen. Meine Analysen in Kapitel III ergaben, dass die vier in Kapitel II identifizierten sozioökonomischen Schlüsselfaktoren ebenfalls einen starken Einfluss auf Artverbreitungsinformationen auf der Ebene von einzelnen Arten hatten. Jedoch unterschied sich ihre relative Wichtigkeit deutlich zwischen geographischen Gebieten. Zwischenartliche Unterschiede in Verbreitungsinformationen waren zudem sehr stark durch Größe und Form der Verbreitungsareale beeinflusst. Dies unterstützt meine Hypothese, dass diese geometrischen Faktoren die Wahrscheinlichkeit beeinflussen, dass sich Verbreitungsgebiete bestimmter Arten mit Untersuchungsgebieten von Feldforschern überschneiden, was wiederum Aufswirkungen auf die Wahrscheinlichkeiten hat, mit denen diese Arten besammelt werden. Entgegen unserer Annahmen hatten Artmerkmale wie etwa Nachtaktivität, die das Entdecken oder Sammeln bestimmter Arten wahrscheinlich machen sollten, kaum einen Einfluss auf zwischenartliche Unterschiede in Verbreitungsinformationen. Die Ergebnisse meiner Dissertation lassen wichtige Schlussfolgerungen darüber zu, wie mobilisierte Artverbreitungsinformationen effizient genutzt und verbessert werden können. Erstens belegen meine Ergebnisse schwerwiegende Mängel in digital verfügbaren Artverbreitungsinformationen, insbesondere für Gebiete und Arten von besonderer Wichtigkeit für den Naturschutz. Zweitens zeigen sie, dass für die allermeisten Arten feiner aufgelöste Informationen nur durch Artverbreitungsmodelle erreicht werden können, die mit geringen Datenmengen auskommen, die starke Datenunsicherheiten und Biases innehaben. Eine vielversprechende Methode, um in solchen Modellen mit Biases umzugeben, ist das explizite Einbeziehen der Bias-verursachenden Faktoren in die Modelle, und meine Ergebnisse bieten hilfreiche Anhaltspunkte für die Auswahl relevanter Faktoren. Drittens schaffen meine Ergebnisse eine empirische Grundlage zur Überwachung von Fortschritten in der Verbesserung weltweiter Artverbreitungsinformationen. Schließlich schafft mein Identifizieren der global wichtigsten Informations-limitierenden Faktoren sowie das Unterscheiden verschiedener Informationsaspekte eine Grundlage dafür, um Aktivitäten zu identifizieren, die Datenmängel effektiv beheben können. Als wichtigste Aktivitäten empfehle ich unter anderem i) das Unterstützen von Bemühungen zur Datenmobilisierung in Institutionen, die in geographischer Nähe zu datenarmen Gebieten liegen, ii) das Fördern von Kooperation zwischen großen Schwellenländern und Data-Sharing-Netzwerken, iii) die Durchführung von neuen Biodiversitäts-Surveys im zentralen Afrika und südlichen Asien, um weitgehend veraltete Informationen zu aktualisieren, und iv) das Verschieben des Fokus von Datensammel- und Datenmobilisierungsbemühungen auf Asien sowie Arten mit begrenzten Verbreitungsarealen.