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https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21609
Tipo: | Tese |
Título: | Estrutura e dinâmica de uma rede trófica marinha neotropical: uma ponte entre a teoria de redes e as estratégias de conservação |
Autor(es): | Márquez Velásquez, Viviana |
Primeiro Orientador: | Rosa, Ricardo de Souza |
Segundo Orientador: | Navia, Andrés Felipe |
Primeiro Coorientador: | Raimundo, Rafael Luís Galdini |
Resumo: | Os ecossistemas marinhos costeiros enfrentam fortes impactos em num ritmo sem precedentes no Antropoceno, tais como a poluição, a introdução de espécies exóticas, a mudança climática e a sobrepesca. A sobrepesca erode a biodiversidade marinha e o funcionamento dos ecossistemas, pois afeta as interações entre as espécies, as suas abundâncias e diversidade de traços, e em última instância, os serviços ecossistêmicos. Os avanços na teoria de redes ecológicas podem nos ajudar a avaliar e mitigar os impactos antropogênicos sobre a biodiversidade marinha. Por exemplo, análises estruturais de redes podem descrever padrões de interações de espécies, que representam conexões fundamentais entre a arquitetura da biodiversidade e as funções do ecossistema, e também informar o papel estrutural e funcional que cada espécie desempenha na comunidade ecológica. Além disso, a modelagem e simulações de redes podem fornecer previsões teoricamente fundamentadas de como a perda de biodiversidade pode remodelar propriedades no nível comunitário, tais como resiliência, robustez e diversidade funcional, e influenciar a persistência a longo prazo dos ecossistemas. Particularmente, os modelos de redes adaptativas permitem prever mudanças dinâmicas que surgem da reconfiguração das interações das espécies impulsionadas pelas extinções, juntamente com vários outros processos ecológicos e evolutivos. Uma rede adaptativa é definida pelos efeitos mútuos entre as mudanças nos padrões de interação e as propriedades associadas da rede que caracterizam a estrutura e a dinâmica da comunidade, tais como aninhamento, modularidade e estabilidade; e no nível populacional, os processos eco-evolutivos que moldam as propriedades das espécies, tais como as abundâncias e valores dos traços. Nesta tese, aplicamos a abordagem de redes para fazer a ponte entre a teoria da ecologia de comunidades a e a conservação da biodiversidade marinha baseada em evidências. Seguimos três passos para isto. No primeiro capítulo, exploramos e discutimos como a abordagem de redes ecológicas é utilizada para compreender como está estruturada a biodiversidade marinha, e para prever a resposta das redes tróficas às estratégias de manejo e gestão, como a redução da pressão da pesca. Nesse capítulo apresentamos novas perspectivas teóricas e metodológicas que permitem fazer a ponte entre modelos de redes adaptativas, grandes bases de dados de interação de espécies, e experimentos em campo, a fim de construir uma interface que garanta fluxos de conhecimento multidirecionais entre modelos teóricos de rede, ecologia marinha experimental e políticas e práticas de conservação no Oceano Pacífico tropical. No segundo capítulo descrevemos a estrutura de uma rede trófica rica em espécies na costa do Pacífico colombiano, descrevendo os papéis topológicos de mais de 300 espécies junto com a pesca artesanal e industrial, e identificando alguns hubs de rede, hubs de módulos e entidades conectoras (pesca e espécies) que realizam mais de 1000 interações tróficas em toda a rede. Discutimos a baixa similaridade das interações entre estes hubs da rede em termos de partição de recursos, a qual seria o reflexo do fantasma da competição passada imposta por décadas de pesca intensiva. Em termos de priorização da conservação, nossas análises identificam duas espécies de tubarão-martelo (Sphyrna lewini e S. media) cuja centralidade na rede os torna qualitativamente comparáveis à pesca artesanal como hyper-hubs - um conceito que propomos aqui para definir hubs da rede altamente centrais que predam outros hubs da rede e que, portanto, podem exercer efeitos top-down muitos amplos na rede trófica. Simulações de extinção de espécies com papéis topológicos variados, incluindo hyper-hubs, e considerando os níveis tróficos, não mudaram a estrutura modular da rede trófica nem as frequências relativas dos papéis topológicos. Entretanto, estas simulações mudam a identidade das espécies por papel topológico, com várias espécies de tubarões Sphyrna surgindo recorrentemente como hubs de rede, reforçando a noção de que uma alta prioridade de conservação deve ser dada às mesmas. Finalmente, no terceiro capítulo, desenvolvemos um primeiro modelo de rede adaptativa para investigar se nossas previsões a respeito dos efeitos da regulação da pesca e perda de espécies se mantêm sob a reconfiguração adaptativa das interações, ou seja, à medida que as espécies ajustam suas interações após as extinções e os feedbacks das interações-abundâncias e traços. Estes primeiros resultados mostraram que a reconfiguração de interações e a intensidade da pesca podem agravar as consequências da perda de espécies, possivelmente desencadeando cascatas de extinção que afetam a resiliência e causam fortes mudanças na dinâmica da rede trófica marinha costeira. Estes modelos de rede são baseados na síntese entre as teorias ecológicas e evolutivas e, portanto, podem melhorar em grande medida a nossa capacidade de compreender e prever os resultados de distúrbios antropogênicos nas comunidades dos ecossistemas marinhos costeiros. |
Abstract: | Coastal marine ecosystems experience strong impacts in an unprecedented rate in the Anthropocene, such as pollution, introduction of alien species, climate change and overfishing. Overfishing erodes marine biodiversity and ecosystem functioning as it affects species interactions, abundances, trait diversity and ultimately ecosystem services. Advances in ecological network theory can help us to assess and mitigate anthropogenic impacts on marine biodiversity. For example, structural network analyses can describe patterns of species interactions, which represent fundamental connections between the architecture of biodiversity and ecosystem functions, and also inform the structural and functional role that each species plays in an ecological community. Additionally, network modeling and simulations can provide theoretically founded predictions of how biodiversity loss is expected to reshape community-level properties, such as resilience, robustness, and functional diversity, and influence the long-term persistence of ecosystems. Particularly, adaptive network models can predict dynamic changes that arise from interaction rewiring -the reconfiguration of species interactions driven by extinctions alongside with several other ecological and evolutionary processes. An adaptive network is defined by the mutual effects between changes in interaction patterns and associated network properties that characterize community structure and dynamics, such as nestedness, modularity, and stability; and population-level, eco-evolutionary processes shaping the properties of species that form the network, such as their abundances and trait values. In this thesis, we apply the network approach to bridge ecological community theory and evidence-based conservation. We followed three steps towards the inception of network theory into evidence-based conservation strategies for marine biodiversity. In the first chapter, we explored and discussed how the ecological network approach is used to understand the structure of marine biodiversity, and to predict the response of trophic networks to management strategies such as reducing fishing pressure. In this the chapter we introduced novel theoretical and methodological perspectives that now allow us to bridge adaptive network models, species-interaction "big data" and field experiments, in order to build an interface ensuring multidirectional knowledge flows among theoretical network models, experimental marine ecology, and conservation policies and practices in the tropical Pacific Ocean. In the second chapter, we described the structure of a species-rich food web in the Colombian Pacific coast, unravelling the functional roles of more than 300 species alongside with small- and large-scale fisheries, identifying some network hubs, module hubs and connectors entities (fisheries and species) that drive up to 1,100 trophic interactions over the entire network. We discuss the high degree of interaction dissimilarity among network hubs in terms of resource partitioning that would be the ghost of past competition imposed by decades of intensive fisheries. In terms of conservation prioritization, our analyses identify two hammerhead shark species (S. lewini and S. media) whose centrality in the network make them qualitatively comparable to small-scale fisheries as hyper-hubs -- a concept that we propose here to define highly central network hubs that prey on other network hubs and hence are likely to exert amplified top-down effects over the entire food web. Simulations of single-species extinctions with varying topological roles, including hyper-hubs, and trophic levels did not change the overall architecture of the food web nor the relative frequencies of topological roles. However, simulated extinctions often change the species identities within topological roles, with several Sphyrna species recurrently emerging as network hubs, reinforcing the notion that a high conservation priority should be given to them. Finally, in the third chapter, we developed an adaptive network model to investigate if our predictions regarding the effects of fisheries regulation and species losses hold on under adaptive rewiring, i.e., as species adjust their interactions following extinctions and the trait-interaction-abundance feedbacks that they trigger. These first results have shown that the rewiring and fishery strength may potentially aggravate the consequences of loss of species, and possibly trigger extinction cascades affecting the resilience and causing strong changes in the dynamics of the coastal marine food web. These network models are founded on the ongoing synthesis between ecological and evolutionary theories and hence can greatly improve our ability to understand and predict community-wide outcomes of anthropogenic disturbances in coastal marine ecosystems. |
Palavras-chave: | Competição Conservação Engenharia da biodiversidade Pesca Redes ecológicas marinhas Teoria de redes Competition Conservation Biodiversity engineering Tropical marine fishes Marine ecological networks Network theory |
CNPq: | CNPQ::CIENCIAS BIOLOGICAS::ZOOLOGIA |
Idioma: | por |
País: | Brasil |
Editor: | Universidade Federal da Paraíba |
Sigla da Instituição: | UFPB |
Departamento: | Ciências Biológicas |
Programa: | Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas |
Tipo de Acesso: | Acesso aberto Attribution-NoDerivs 3.0 Brazil |
URI: | http://creativecommons.org/licenses/by-nd/3.0/br/ |
URI: | https://repositorio.ufpb.br/jspui/handle/123456789/21609 |
Data do documento: | 28-Jul-2021 |
Aparece nas coleções: | Centro de Ciências Exatas e da Natureza (CCEN) - Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas |
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