Distribuição de plantas da Mata Atlântica : das lacunas de conhecimento aos padrões de diversidade

Orientadora: Prof. Dra. Márcia C. M. Marques

Tese (doutorado) - Universidade Federal do Paraná, Setor de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Ecologia e Conservação. Defesa : Curitiba, 21/02/2024

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Resumo: A confluência dos rápidos avanços tecnológicos e a atual crise de biodiversidade têm motivado cientistas a produzir e digitalizar quantidades massivas de dados primários de biodiversidade antes que as espécies sejam extintas. Entretanto, apesar da urgência e do considerável acúmulo de dados, nosso conhecimento sobre a distribuição de organismos na Terra e sobre os processos que a moldam está longe de ser completo. Nesta tese, exploramos os novos caminhos e os novos desafios abertos pela "era do Big Data" na ecologia, abordando desde as lacunas de conhecimento até os padrões macroecológicos que emergem da distribuição de diversas formas de vida de plantas da Mata Atlântica. No primeiro capítulo, apresentamos o florabr, um pacote do ambiente R desenvolvido para simplificar a extração de informações sobre características e distribuição de espécies vegetais, baseado nos critérios estabelecidos por especialistas na Flora do Brasil 2020. O florabr facilitou a seleção de espécies-alvo e a filtragem dos registros de ocorrência no estudo, totalizando mais de 1,4 milhão de registros de ocorrência de mais de 10 mil espécies de plantas. Esses dados foram empregados no Capítulo 2, revelando um resultado alarmante: das 14,369 espécies de plantas incluídas no nosso estudo, 40% têm tão poucos registros (menos de 10) que se tornam praticamente "invisíveis" para estudos de ecologia e conservação. Essa lacuna de conhecimento acerca da distribuição de plantas da Mata Atlântica não é aleatória. As plantas "invisíveis" geralmente são espécies não-arbóreas, sem nomes comuns, endêmicas do Brasil, com distribuições mais restritas e descrições mais recentes. Futuramente, o preenchimento dessas lacunas será importante para corroborar ou contestar os padrões macroecológicos encontrados no terceiro e quarto capítulo, fundamentados em estimativas de riqueza e raridade geográfica das espécies através de Modelos de Nicho Ecológico. No terceiro capítulo, investigamos a influência de diversos fatores nos padrões de riqueza observados entre diferentes formas de vida. Árvores e lianas parecem ser menos sensíveis ao estresse hídrico, enquanto subarbustos e ervas mostram uma maior tolerância ao frio. As causas mais profundas desses padrões observados podem estar na história evolutiva e estratégias de vida associadas às formas de vida. No quarto capítulo, abordamos as implicações decorrentes desses distintos padrões de diversidade para a conservação das diversas formas de vida. Para cada forma de vida, identificamos dois tipos de áreas de grande valor para a conservação: Hotspots, caracterizados por alta raridade e elevada riqueza; e Coldspots, que são áreas também caracterizadas por alta raridade, porém com uma quantidade menor de espécies. Apesar de seu valor para a conservação, Coldspots tendem a ser mais fragmentados e menos protegidos em comparação com Hotspots. Esses resultados representam um passo inicial na identificação de locais prioritários para conservação várias formas de vida de plantas da Mata Atlântica. Os estudos que compõem essa tese destacam a fascinante diversidade e complexidade da Mata Atlântica, ao mesmo tempo que apontam desafios e vulnerabilidades presentes nesse megadiverso hotspot de biodiversidade.

Abstract: Rapid technological advancements and the ongoing biodiversity crisis have motivated efforts to document and digitalize species prior to their extinction. However, despite the urgency and substantial accumulation of data, our understanding of organism distribution on Earth and the underlying processes shaping it remains far from complete. In this thesis, we explore the new avenues and challenges presented by the era of Big Data in ecology, addressing gaps in knowledge and macroecological patterns emerging from the distribution of diverse plant life forms in the Atlantic Forest. In the first chapter, we introduce "florabr," an R package developed to facilitate the extraction of information on characteristics and distribution of plant species, based on criteria established by experts in the Brazilian Flora 2020. florabr facilitated the selection of target species and filtering of occurrence records in the study, totaling over 1.4 million records for more than 10,000 plant species. These data were employed in Chapter 2 to reveal a concerning result: out of the 14,369 plant species included in our study, 40% have so few records (less than 10) that they become practically "invisible" for ecology and conservation studies. This knowledge gap about plant distribution in the Atlantic Forest is not random. Invisible plants are typically non-arboreal, lacking common names, endemic to Brazil, with more restricted distributions and more recent descriptions. In the future, filling these gaps will be crucial to corroborate or challenge the macroecological patterns found in the third and fourth chapters, based on estimates of species richness and geographical rarity through Ecological Niche Models. In the third chapter, we present the influence of various factors on the richness patterns observed among different life forms. Trees and lianas appear to be less sensitive to water stress, whereas subshrubs and herbs exhibit higher cold tolerance. The deeper causes of these observed patterns may lie in the evolutionary history and life strategies associated with different life forms. In the fourth chapter, we address the implications of these distinct diversity patterns for the conservation of various life forms. For each life form, we identify two types of high-value conservation areas: Hotspots, characterized by high rarity and elevated richness; and Coldspots, which are also characterized by high rarity but with a lower number of species. Despite their conservation value, Coldspots tend to be more fragmented and less protected compared to Hotspots. These results represent an initial step in identifying priority locations for conservation of various plant life forms in the Atlantic Forest. The studies comprising this thesis underscore the fascinating diversity and complexity of the Atlantic Forest, simultaneously highlighting challenges and vulnerabilities present in this megadiverse hotspot of biodiversity.