Ecological and evolutionary processes on the emergence and maintenance of biocultural diversity

Autor: Coelho, Marco Túlio Pacheco
Přispěvatelé: Rangel, Thiago Fernando Lopes Valle de Britto, Bini, Luis Maurício, Ribeiro, Matheus de Souza Lima, Colwell, Robert Knight, Jardim, Lucas Lacerda Caldas Zanini
Jazyk: portugalština
Rok vydání: 2020
Předmět:
Zdroj: Biblioteca Digital de Teses e Dissertações da UFG
Universidade Federal de Goiás (UFG)
instacron:UFG
Popis: Um desafio recorrente em ecologia e evolução é entender os efeitos diretos e indiretos de processos ecológicos e evolutivos na estruturação espacial da biodiversidade. Para isso, ecólogos e biólogos evolucionistas utilizam dois tipos principais de modelos: modelos que descrevem a natureza (i.e. modelos correlativos) e modelos que explicam a natureza (i.e. modelos mecanísticos). Três lacunas principais envolvendo a aplicação de modelos correlativos e mecanísticos para investigar padrões espaciais de diversidade são exploradas em minha tese: (i) critérios heurísticos (i.e., método carente de justificativa racional ou embasamento teórico, mas aceito como suficiente bom para um propósito) herdados desde o início da ciência são utilizados para julgar a credibilidade de modelos correlativos e mecanísticos que visam entender padrões complexos da biodiversidade, porém discussões críticas sobre a validade desses critérios são raros em ecologia e evolução; (ii) Poucos modelos mecanísticos incorporam a interação de processos ecológicos e evolutivos a nível de indivíduos em grandes escalas espaciais e temporais para melhor entender padrões espaciais de diversidade de espécies; (iii) poucos estudos exploraram o efeito de fatores ecológicos e evolutivos utilizando os avanços metodológicos no uso de modelos correlativos e mecanísticos para melhor entender padrões de diversidade humana. Todos os três pontos apresentados acima são explorados nesta tese que está dividia em três partes e seis capítulos. No primeiro capítulo, discuti as bases filosóficas e estatísticas utilizadas para justificar o uso de simplicidade no julgamento da credibilidade de teorias, hipóteses, modelos correlativos e mecanísticos em ecologia e evolução e demonstrei que invocar o princípio de parcimônia em ecologia e evolução é particularmente importante em modelos que são vistos como ferramentas operacionais para fazer predições. No segundo e terceiro capítulo desenvolvi um modelo de simulação mecanístico que assume ausência de nicho ecológico e incorpora o efeito da energia disponível no ambiente nos processos básicos que estruturam a biodiversidade, tais como especiação, extinção e dispersão. Esse modelo foi capaz de reproduzir o padrão de riqueza de mamíferos terrestres na Austrália (capítulo 2) e padrões latitudinais de riqueza de aves em diferentes continentes (capítulo 3). Utilizando também um modelo mecanístico, no quarto capítulo testei o efeito de processos biogeográficos na diversificação de nicho climático através de um modelo que desconsidera o efeito de qualquer processo adaptativo na retenção de nicho climático. Esse estudo demonstrou o forte papel de processos biogeográficos na evolução de nicho climático, mesmo quando nenhuma força adaptativa está atuando na diversificação de nicho. Por fim, nos dois últimos capítulos explorei aspectos da diversidade humana chamando a atenção de ecólogos para um aspecto da biodiversidade que é ainda pouco explorado na ecologia. No quinto capítulo revisei aspectos da diversidade humana que se assemelham com padrões descritos em biogeografia e macroecologia, demonstrando que ecólogos e biólogos evolucionistas podem contribuir com debates que surgiram em diversas áreas da ciência através da aplicação de métodos utilizados para estudar padrões de diversidade de espécies. Por fim, no sexto capítulo utilizei uma combinação de análise de caminhos, modelo mecanístico e regressão geográfica ponderada (GWR) para investigar o padrão amplamente descrito, mas pouco compreendido, de diversidade de línguas na América do Norte. Esse estudo demonstrou que os preditores ecológicos e evolutivos de diversidade de línguas não são perfeitamente universais nem inteiramente diretos e que o poder preditivo do modelo varia no espaço com regiões onde cerca de 86% da variação é explicada e regiões onde cerca de 40% da variação é explicada. current challenge in ecology and evolution is to understand the direct and indirect effects of ecological and evolutionary processes on the spatial structure of biodiversity. To overcome this challenge, ecologists and evolutionary biologists use two types of models: models that describe nature (i.e. correlative models) and models that explain nature (i.e. mechanistic models). Three knowledge gaps, involving the use of correlative and mechanistic models to investigate spatial patterns of biodiversity, are explored in my thesis: (i) heuristic criteria (i.e., a method lacking rational justification or theoretical basis, but accepted as good enough for a given purpose), inherited from the beginning of science, are used to judge the credibility of correlative and mechanistic models that are widely used to understand complex patterns of biodiversity. However, critical discussions about the validity of these criteria are rare in ecology and evolution; (ii) few mechanistic models assume the interaction of ecological and evolutionary processes at individuals’ level in broad spatial and temporal scales, when studying spatial patterns of species diversity; (iii) few studies explore the effect of ecological and evolutionary factors, using the methodological advances on the use of correlative and mechanistic models, to better understand human diversity patterns. All the three points presented earlier are explored in my thesis that is divided into three parts and six chapters. In the first chapter, I discussed the philosophical and statistical bases used to justify the use of simplicity when judging the credibility of theories, hypothesis and models in ecology and evolutionary biology. I showed that invoking the parsimony principle in ecology and evolution is particularly important in models that are used as operational tools to make predictions. In the second and third chapter, I built a mechanistic simulation model that assumes the absence of ecological niche but assumes the effect of energy on processes structuring biodiversity, such as speciation, extinction and dispersion. This model reproduced the richness pattern of terrestrial mammals in Australia (chapter 2) and latitudinal patterns of bird richness in different continents (chapter 3). By also using a mechanistic model, in the fourth chapter I tested the effect of biogeographical processes on climatic niche diversification though a model that purposely disregards the effect of any adaptive process on climactic niche evolution. This study showed the strong role of biogeographical processes on climatic niche evolution, even when no adaptative force is acting on climatic niche diversification. Finally, in the last two chapters, I explored aspects of human diversity drawing the attention of ecologists and evolutionary biologists to aspects of biodiversity that are seldom explored in ecology. In the fifth chapter, I revised aspects of human diversity that are similar to several patterns described in biogeography and macroecology, showing that ecologists and evolutionary biologists can contribute to long-standing debates in many fields of science, using their theoretical and methodological tools to study patterns of human diversity. Lastly, in the sixth chapter I used a combination of path analysis, mechanistic model and geographically weighted regression (GWR) to investigate the broadly described pattern of language diversity in North America. This study showed that the ecological predictors of language diversity are not perfectly universal nor entirely direct and that the predictive power of the model vary through space with regions where almost 86% of the variation in language diversity is explained, to regions where around 40% of variation is explained. Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES
Databáze: OpenAIRE
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